Nghiên cứu và phát triển chức năng HSS và SLF cho kiến trúc IMS 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 IP duy nhất. Phân hệ IP Multmdia 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 hãng sản xuất các thiết bị viễn thông và các tổ chức chuẩn hóa trên thế giới. Viện FOKUS ( Fraunhofer Institute for Open Communication Systems) đã đưa ra dự án OpenIMS. Đây là một dự án mã nguồn mở xây dựng mạng lõi IMS, rất phù hợp cho việc nghiên cứu IMS của sinh viên. Trong thời gian thực tập tài phòng Lab C9-411 của bộ môn kỹ thuật thông tin, được sự hướng dẫn của TS Nguyễn Tài Hưng, tôi đã chọn đề tài tốt nghiệp cho mình “Nghiên cứu và phát triển chức năng HSS và SLF cho kiến trúc IMS”. Đề tài liên quan nhiều đến thông tin người dùng và các dịch vụ của nhà cung cấp. Đây là những vấn đề lớn, rất quan trọng trong một mạng viễn thông. Qua đây tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Nguyễn Tài Hưng, TS Nguyễn Hữu Thanh và TS Nguyễn Văn Tiến đã giúp đỡ nhiệt tình cho cá nhân tôi cũng như tất cả các bạn sinh viên tại phòng Lab C9-411 hoàn thành đồ án của mình. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày 21 tháng 05 năm 2008 Sinh viên: Đào Anh Hà TÓM TẮT ĐỒ ÁN Xu hướng hội tụ mạng internet mạng di động và mạng điện thoại cố định đang ngày một trở nên cần thiết và được chú trọng. Phân hệ IMS ra đời như là một kiến trúc để đạt được mục đích đó. Việc nghiên cứu và phát triển các chức năng của khối HSS và SLF trong kién trúc IMS có ý nghĩa quan trọng trong hoạt động của mạng IMS. Khối HSS chứa toàn bộ thông của tin người dùng gắn liền với các thông tin dịch vụ. Do vậy đồ án của tôi tập trung nghiên cứu lý thuyết và có mô phỏng trên thực tế về các phần sau: • Thông tin người dùng: Nghiên cứu cấu trúc của thông tin người dùng trong IMS Đào Anh Hà – Điện tử 4 – K48 -ĐHBKHN 1 Nghiên cứu và phát triển chức năng HSS và SLF cho kiến trúc IMS • Giao thức Diameter: Là giao thức bao trùm lên hầu hết các hoạt động của khối HSS như: quá trình đăng ký, chứng thực, cấp quyền, tính cước, khởi tạo cuộc gọi của người dùng… Đào Anh Hà – Điện tử 4 – K48 -ĐHBKHN 2 Nghiên cứu và phát triển chức năng HSS và SLF cho kiến trúc IMS ABSTRACT Nowadays, the tendency of converging the Internet and the Cellular Worlds not only becomes more and more essential. Therefore, IMS architecture is created to achieve this goal. Researching and developing HSS and SLF functions take important role in IMS operation. In addition, HSS contains complete user and service profiles. As a result, my thesis is concentrated on studying about following theories and practical simulations: • User information: Researching about the structure of user profiles in IMS architecture • Diameter protocol: a crucial protocol used in almost HSS activities including registering, authentication, authorization, accounting, initiating user call… Đào Anh Hà – Điện tử 4 – K48 -ĐHBKHN 3 Nghiên cứu và phát triển chức năng HSS và SLF cho kiến trúc IMS MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 TÓM TẮT ĐỒ ÁN 1 ABSTRACT 3 MỤC LỤC 4 DANH SÁCH HÌNH VẼ 5 DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT 5 Chương 0 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 8 Chương 1 TỔNG QUAN KIẾN TRÚC IMS 9 Chương 2 GIAO THỨC HỖ TRỢ CHỨNG THỰC, CẤP QUYỀN, TÍNH CƯỚC TRONG IMS 28 Chương 3 PHẦN MỀM OPENIMS 60 Chương 4 CÁC MÔ PHỎNG 67 KẾT LUẬN 75 PHỤ LỤC 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 Đào Anh Hà – Điện tử 4 – K48 -ĐHBKHN 4 Nghiên cứu và phát triển chức năng HSS và SLF cho kiến trúc IMS DANH SÁCH HÌNH VẼ Chương 0 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 8 Chương 1 TỔNG QUAN KIẾN TRÚC IMS 9 Chương 2 GIAO THỨC HỖ TRỢ CHỨNG THỰC, CẤP QUYỀN, TÍNH CƯỚC TRONG IMS 28 Chương 3 PHẦN MỀM OPENIMS 60 Chương 4 CÁC MÔ PHỎNG 67 DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT 3GPP 3rd Generation Partnership Project Dự án cộng tác mạng thế hệ thứ 3 AAA Authentication Authorization Accounting Chứng thực, cấp quyền, tính cước AS Application Server Máy chủ ứng dụng AuC Authetication Center Trung tâm nhận thực AVP Atribute Value Pair Cặp giá trị thuộc tính CSCF Call/Session Control Function Khối chức năng điều khiển phiên và cuộc gọi DNS Domain Name System Hệ thống tên miền FQDN Fully Qualified Domain Tên miền đủ điểu kiện Đào Anh Hà – Điện tử 4 – K48 -ĐHBKHN 5 Nghiên cứu và phát triển chức năng HSS và SLF cho kiến trúc IMS Name GGSN Getway GPRS Suport Node Cổng hỗ trợ nút GPRS GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ chuyển gói rộng khắp qua sóng vô tuyến HLR Home Location Register Bộ đăng ký vị trí máy chủ HSS Home Subcriber Server Máy chủ thuê bao IANA Internet Assigned Numbers Authority Tổ chức cấp phát số hiệu internet IETF Internet Engineering Task Force Lực lượng quản lý kỹ thuật IFC Initial Filter Criteria Tiêu chuẩn sàng lọc ban đầu IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ IP đa phương tiện IMSI International Mobile Subscriber Identity Nhận dạng thuê bao di động quốc tế IP Internet Protocol Giao thức mạng IPsec Internet Protocol security Giao thức bảo mật mạng ITU International Telecommunication Union Hiệp hội viễn thông quốc tế MRF Media Resource Funtion Chức năng tài nguyên media MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động PDF Policy Decision Function Khối chức năng giải quyết chính sách RADIUS Remote Authentication Dial In User Service Dịch vụ chứng thực cuộc gọi người dùng từ xa RTP Real-Time Transport Protocol Giao thức vận chuyển thời gian thực SDP Session Description Protocol Giao thức mô tả phiên SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ phục vụ GPRS SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên Đào Anh Hà – Điện tử 4 – K48 -ĐHBKHN 6 Nghiên cứu và phát triển chức năng HSS và SLF cho kiến trúc IMS SLF Subcriber Location Function Khối chức năng vị trí thuê bao SP Service Point Điểm dịch vụ TP Triger Point Điểm kích hoạt dịch vụ UMTS Universal Mobile Telecommunication System Hệ thống viễn thông di động quốc tế Đào Anh Hà – Điện tử 4 – K48 -ĐHBKHN 7 Nghiên cứu và phát triển chức năng HSS và SLF cho kiến trúc IMS Chương 0 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 0.1 Tầm quan trọng của đề tài Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật đặc biệt là trong lĩnh vực viễn thông, các dịch vụ được phát triển ngày càng trở nên phong phú, đa dạng. Sự ra đời và phát triển nhanh chóng của Internet càng tạo ra nền tảng cho việc phát triển cho rất nhiều dịch vụ. Với mong muốn kết hợp các dịch vụ Internet và các dịch vụ di động truyền thống, các nhà phát triển đã không ngừng nghỉ trong việc sáng tạo ra các 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 các dịch vụ đó. Việc quản lý các dịch vụ, đưa dịch vụ đến với người dùng, quản lý thông tin người dùng, tính cước… có vai trò quan trọng trong quá trình triển khai IMS. Thông tin người dùng phải được xây dựng sao cho có thể dễ dàng xác lập và thay đổi các gói dịch vụ khác nhau cho từng người dùng tùy theo nhu cầu. Cấu trúc thông tin người dùng phải đồng nhất cho nhiều loại thiết bị đầu cuối khác nhau. Vấn đề an ninh, bảo mật, chứng thực, cấp quyền, tính cước cũng cần được quan tâm một cách kỹ lưỡng. Bởi lẽ trong hoàn cảnh hiện nay khi công nghệ thông tin phát triển như vũ bão thì đi kèm với nó cũng tiềm ẩn rất nhiều nguy cơ như virus, hacker, trộm cắp tài khoản, trộm cước… 0.2 Nội dung nghiên cứu của đề tài Với mục đích nghiên cứu phát triển khối HSS và IFC cho kiến trúc IMS, đề tài của tôi bao gồm các nội dung chính sau: • Chương 1 Tổng quan kiến trúc IMS: Tìm hiểu về kiến trúc IMS, các thành phần, chức năng của từng thành phần và kiến trúc triển khai • Chương 2 Giao thức hỗ trợ chứng thực, cấp quyền, tính cước trong IMS: Trình bày về giao thức Diameter và cấu trúc cơ sở dữ liệu người dùng. • Chương 3 Phần mềm OpenIMS: Giới thiệu về mã nguồn mở OpenIMS của viện FOKUS, trong đó tập trung vào modul FHoSS quản lý cơ sở dữ liệu người dùng • Chương 4 Các mô phỏng: Trình bày các công việc làm được trong việc mô phỏng, chạy thử phần mềm OPENIMS • Chương 5 Kết luận: Các kết luận và hướng phát triển của đề tài. Đào Anh Hà – Điện tử 4 – K48 -ĐHBKHN 8 Nghiên cứu và phát triển chức năng HSS và SLF cho kiến trúc IMS Chương 1 TỔNG QUAN KIẾN TRÚC IMS Trong chương này ta sẽ tìm hiểu về vị trí và vai trò của phân hệ IMS trong kiến trúc mạng di động 3G, những yêu cầu khi xây dựng phân hệ IMS và tổng quan về các giao thức, các thành phần chức năng và các cách nhận dạng người dùng trong kiến trúc IMS. 1.1 Vị trí và vai trò của phân hệ IMS trong kiến trúc mạng di động 3G Mạng di động 3G được phân chia logic thành mạng truy nhập (Access Network) và mạng lõi (Core Network). Phía trên cơ sở hạ tầng mạng là nền tảng dịch vụ được sử dụng để tạo ra các dịch vụ khác nhau. Hình 1.1 chỉ ra kiến trúc mạng 3G UMTS. Hình 1.1 Kiến trúc của mạng UMTS Mạng hỗ trợ hai kiểu mạng truy nhập khác nhau: - Base-station System (BSS) là mạng truy cập GSM - Radio Network Subsystem (RNS) là mạng truy cập UMTS. Đào Anh Hà – Điện tử 4 – K48 -ĐHBKHN 9 Nghiên cứu và phát triển chức năng HSS và SLF cho kiến trúc IMS Mạng lõi bao gồm miền chuyển mạch kênh (CS) và miền chuyển mạch gói (PS). Hai miền này khác nhau trong cách chúng xử lý dữ liệu. Miền chuyển mạch kênh dành sẵn các kênh cho lưu lượng của người dùng. Do đó được sử dụng cho các dịch vụ thời gian thực và dịch vụ hội đàm như dịch vụ thoại và dịch vụ hội nghị video. Miền chuyển mạch gói được sử dụng cho các ứng dụng dữ liệu gói từ đầu cuối đến đầu cuối như truyền file, truy cập web và e-mail. Phân hệ IMS như trong hình vẽ là một phần trong miền chuyển mạch gói. Chức năng của IMS là cung cấp các dịch đa phương tiện trên nền IP, bao gồm các dịch vụ thời gian thực như trong miền chuyển mạch kênh. Do đó IMS sẽ làm cho miền chuyển mạch kênh dần dần được thay thế trong tương lai. 1.2 Các yêu cầu của 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 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. Nền tảng đó phải thực hiện được những yêu cầu sau: 1.2.1 Hỗ trợ việc thiết lập các phiên Multimedia IP IMS có thể truyền tải các dịch vụ đa dạng.Yêu cầu này nhấn mạnh sự cần thiết để cung cấp các dịch vụ chính được truyền tải bởi IMS đó là các phiên multimedia qua mạng chuyển mạch gói. Kiểu media trong trường hợp này có thể là audio hoặc video. Truyền thông multimedia đã được chuẩn hóa trong các chuẩn hóa trước đây của 3GPP nhưng những kiểu truyền thông multimedia này được thực hiện qua mạng chuyển mạch kênh chứ không phải qua mạng chuyển mạch gói. 1.2.2 Hỗ trợ cơ chế để thỏa thuận QoS QoS là một trong các vấn đề quan trọng nhất của IMS. QoS cho một phiên multimedia cụ thể được quyết định bởi nhiều nhân tố như băng thông lớn nhất. Băng thông lớn nhất có thể được cấp phát cho người dùng dựa trên đăng ký của người dùng hoặc dựa trên tình trạng hiện tại của mạng. 1.2.3 Hỗ trợ làm việc liên kết với mạng Internet và mạng chuyển mạch kênh (PSTN) Hỗ trợ làm việc liên kết vơi Internet là một yêu cầu rõ ràng. Mạng Internet sẽ là đích đến của hàng triệu phiên multimedia được bắt đầu trong IMS. Khi yêu cầu này đạt được thì số lượng các phiên multimeda sẽ được tăng lên đáng kể. IMS đồng thời cũng hỗ trợ làm việc liên kết với mạng PSTN. Những thiết bị đầu cuối IMS đầu tiên sẽ có khả năng kết nối đồng thời với mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch gói. Vì thế khi một người dùng muốn gọi cho một người dùng khác ở trong PSTN hay ở trong mạng di động thì thiết bị đầu cuối IMS chọn miền chuyển mạch kênh để sử dụng. Đào Anh Hà – Điện tử 4 – K48 -ĐHBKHN 10 [...]... phù hợp 1.4.7 IMS- ALG và TrGW IMS hỗ trợ cả IPv4 và IPv6 Ở một số điểm trong phiên multimedia IP việc làm việc chéo giữa hai phiên bản có thể xảy ra Để tránh cho các thiết bị đầu cuối không phải hỗ Đào Anh Hà – Điện tử 4 – K48 -ĐHBKHN 18 Nghiên cứu và phát triển chức năng HSS và SLF cho kiến trúc IMS trợ các chức năng để có thể làm việc liên kết, IMS bổ sung thêm hai thực thể mới đó là: IMS – Application... địa chỉ IP, được phân bổ tự động cho một phiên đã cho TrGW thực hiện sự chuyển đổi media giữa IPv4 và IPv6 1.4.8 PSTN/CS gateway PSTN gateway cung cấp giao diện hướng tới mạng chuyển mạch kênh, cho phép các thiết bị đầu cuối IMS gọi và nhận các cuộc gọi từ PSTN và tới PSTN Đào Anh Hà – Điện tử 4 – K48 -ĐHBKHN 19 Nghiên cứu và phát triển chức năng HSS và SLF cho kiến trúc IMS Hình 1.1 PSTN/CS Getway giao... bộ điều khiển chức năng nguồn media MRFC (Media Resource Function Controller) và bộ xử lý chức năng nguồn media MRFP (Media Resource Function Processor) + BGCF (Breakout Gateway Control Function) Đào Anh Hà – Điện tử 4 – K48 -ĐHBKHN 13 Nghiên cứu và phát triển chức năng HSS và SLF cho kiến trúc IMS + PSTN gateway bao gồm SGW (Signalling Gateway), MGCF (Media Gateway Controller Function) và MGW (Media... Điện tử 4 – K48 -ĐHBKHN 26 Nghiên cứu và phát triển chức năng HSS và SLF cho kiến trúc IMS USIM lưu trữ riêng biệt chìa khóa được sử dụng trong mạng chuyển mạch kênh và chìa khóa trong mạng chuyển mạch gói • Bí mật dài hạn: USIM lưu trữ bí mật dài hạn được sử dụng cho mực đích nhận thực và cho việc tính toán chìa khóa toàn vẹn và chìa khóa mã được sử dụng giữa thiết bị đầu cuối và mạng • SMS( Short Message... gửi và nhận đều đi qua S-CSCF S-CSCF giám sát từng bản tin SIP và quyết định xem báo hiệu SIP sẽ đi qua một hay nhiều server ứng dụng hoặc để định tuyến tới đích cuối cùng Đào Anh Hà – Điện tử 4 – K48 -ĐHBKHN 15 Nghiên cứu và phát triển chức năng HSS và SLF cho kiến trúc IMS Một trong những chức năng chính của S-CSCF là cung cấp chức năng định tuyến bản tin SIP Nếu một người dùng quay một số điện... gán cho một thuê bao bao gồm các phần: phần cục bộ, mã vùng và mã quốc tế Phụ thuộc vào đích gọi đến là nội hạt, trong quốc gia hay đi quốc tế mà số điện thọai có thể ngắn hoặc dài Thêm vào đó khi một dịch vụ mới được cung cấp thường có Đào Anh Hà – Điện tử 4 – K48 -ĐHBKHN 22 Nghiên cứu và phát triển chức năng HSS và SLF cho kiến trúc IMS những số đặc biệt để nhận dạng dịch vụ như 113 chẳng hạn IMS. .. dạng của NAI là username@operator.com Đào Anh Hà – Điện tử 4 – K48 -ĐHBKHN 23 Nghiên cứu và phát triển chức năng HSS và SLF cho kiến trúc IMS Nhận dạng người dùng cá nhân không để định tuyến bản tin SIP mà dành riêng cho mục đích nhận thực và nhận dạng đăng ký thuê bao Nhận dạng người dùng cá nhân thực hiện chức năng giống như IMSI (International Mobile Subcriber Identifier) trong GSM Người dùng không... media và quản lý QoS trên mặt phẳng media Đào Anh Hà – Điện tử 4 – K48 -ĐHBKHN 14 Nghiên cứu và phát triển chức năng HSS và SLF cho kiến trúc IMS P-CSCF đồng thời tạo ra các thông tin tính cước tới các nút thu thập thông tin tính cước Với mục đích mở rộng và tạo ra dư thừa để dự phòng thông thường trong một mạng IMS có nhiều P-CSCF Mỗi một P-CSCF phục vụ một số thiết bị đầu cuối IMS phụ thuộc vào dung... tới mạng IMS dựa trên ISIM hoặc USIM.Mặc dù USIM cũng có thể nhưng sử dụng ISIM vẫn tốt hơn vì nó được thiết kế dành riêng cho IMS Bởi vì tính bảo mật thấp của SIM, nó không được sử dụng để sử dụng để truy nhập tới mạng IMS Chương 2 GIAO THỨC HỖ TRỢ CHỨNG THỰC, CẤP QUYỀN, TÍNH CƯỚC TRONG IMS Đào Anh Hà – Điện tử 4 – K48 -ĐHBKHN 28 Nghiên cứu và phát triển chức năng HSS và SLF cho kiến trúc IMS Giao... được sử dụng và thường được đặt về 0 + Trường Command-Code: độ dài 24 bit cho biết lệnh nào sẽ được thực hiện trong bản tin Diameter, Mã số các lệnh này được quản lý bởi Internet Assigned Numbers Authority ( IANA ) bao gồm các lệnh cho giao thức Diameter cơ bản và cho Diameter ứng dụng Đào Anh Hà – Điện tử 4 – K48 -ĐHBKHN 32 Nghiên cứu và phát triển chức năng HSS và SLF cho kiến trúc IMS + Trường Application . -ĐHBKHN 18 Nghiên cứu và phát triển chức năng HSS và SLF cho kiến trúc IMS trợ các chức năng để có thể làm việc liên kết, IMS bổ sung thêm hai thực thể mới đó là: IMS – Application Layer Gateway (IMS- ALG). phần mềm OPENIMS • Chương 5 Kết luận: Các kết luận và hướng phát triển của đề tài. Đào Anh Hà – Điện tử 4 – K48 -ĐHBKHN 8 Nghiên cứu và phát triển chức năng HSS và SLF cho kiến trúc IMS Chương. Điện tử 4 – K48 -ĐHBKHN 4 Nghiên cứu và phát triển chức năng HSS và SLF cho kiến trúc IMS DANH SÁCH HÌNH VẼ Chương 0 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 8 Chương 1 TỔNG QUAN KIẾN TRÚC IMS 9 Chương 2 GIAO THỨC