Phân hệ đa phương tiện IMS MỤC LỤC 1.1 Xu hướng phát triển của dịch vụ và mạng viễn thông 7 LỜI NÓI 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 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 đa phương tiện IMS (IP Multimedia Subsystem)" là rất cần thiết. Mục tiêu của đề tài này là tìm hiểu tổng quan về IMS, kiến trúc phân hệ - các giao thức 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. Nội dung của chuyên đề bao gồm: ● Chương 1: Tổng quan về IMS ● Chương 2: Kiến trúc phân hệ và các giao thức trong IMS ● Chương 3: Các yêu cầu và ứng dụng IMS Do quá trình thực hiện chuyên đề chỉ dựa trên lý thuyết và tìm hiểu tài liệu, chưa được tiếp xúc thực tế và có các mô hình thực tiễn để tiếp cận và còn hạn chế về mặt thời gian nên nhiều vấn đề chưa thể trình bày rõ và chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của thầy và các bạn để chuyên đề được hoàn chỉnh hơn. Xin chân thành cảm ơn! 1 Phân hệ đa phương tiện IMS Hà Nội, tháng 10 năm 2011. Nhóm thực hiện chuyên đề. CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt 3GPP 3 Generation Partnership Project Dự án hợp tác thế hệ 3 AAA Authentication, Authorization, Accounting Nhận thự trao quyền và thanh toán API Application program interface Giao diện lập trình ứng dụng AS Application Server Server ứng dụng ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền tải không đồng bộ BGCF Breakout gateway controll funtion Chức năng điều khiển cổng chuyển mạng BS Bearer service Dịch vụ mang CAMEL Customized Application for Mobile Network services Enhanced Logic Mạng Logic cao cấp của những ứng dụng CCF Call Control Function Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi CDR Call Detail Record Bản ghi chi tiết cuộc gọi CLEC Competitive Local Exchange Carrier Nhà cung cấp tổng đài nội hạt cạnh tranh CN Core network Mạng lõi CS Circuit switched Chuyển mạch kênh CSCF Call session control function Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình host động 2 Phân hệ đa phương tiện IMS DNS Domain Name System Hệ thống tên miền ETSI European Telecommunication Standard Institute Viện chuẩn viễn thông châu Âu GGSN Gateway GPRS Support Node Node hỗ trợ GPRS cổng GSM Golbal System for Mobile Hệ thống di động toàn cầu HSS Home subscriber server Server thuê bao nhà I-CSCF Interrogating – CSCF CSCF – truy vấn IEC Inter Exchange Carrier Nhà cung cấp dịch vụ liên tổng đài IETF Internet Engineering Task Force Nhóm đặc trách kĩ thuật Inernet IM IP multimedia Đa phương tiện IP IM CN SS IP Multimedia Core Network Subsystem Phân hệ mạng lõi đa phương tiện IP IMS IP Multimedia subsystem Phân hệ đa phương tiện IP IMSI International Mobile Subscriber Identifier Nhận dạng thuê bao di động toàn cầu IP Internet Protocol Giao thức Inernet IP-CAN IP-Connectivity Access Network Mạng truy nhập kết nối IP ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số dịch vụ tích hợp ISDN Intergrated Serviec Digital Network Mạng số tích hợp đa dịch vụ ISIM IMS SIM Modul nhận dạng thuê bao IMS ITU-T International Telecommunication Union- Telecommunication Standardization Bureau Tiểu ban chuẩn hoá viễn thông trong Liên minh viễn thông quốc tế LEC Local Exhange Carrier Vật mang trong các tổng đài nội hạt MGCF Media Gateway Control Function Chức năng điều khiển cổng phương tiện MGF Media Gateway Function Chức năng cổng phương tiện MMS Multimedia Message Serviec Dịch vụ bản tin đa phương tiện 3 Phân hệ đa phương tiện IMS MRFC Multimedia Resource Function Control Bộ điều khiển tài nguyên đa phương tiện MRFP Multimedia Resource Function Process Bộ xử lý tài nguyên đa phương tiện OSA Open services Architecture Kiến trúc dịc vụ mở PCF Policy Control Function Chức năng điều khiển hợp đồng P-CSCF Proxy – CSCF CSCF-thể quyền PDN Packet Data Network Mạng dữ liệu gói PDP Packet Data Protocol Giao thức dữ liệu gói PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng PSTN Public Switch Telephone Network Mạng điện thoại công cộng RAB Radio Access Bearer Mang truy nhập vô tuyến S – CSCF Serving – CSCF CSCF – phục vụ SBC Session Border Control Điều khiển phiên trung gian SCS Service Capability Server Server có khả năng phục vụ SDP Session Description Protocol Giao thức mô tả phiên SGSN Serving GPRS Support Node Node hỗ trợ GPRS phục vụ SGW Signalling Gateway Cổng báo hiệu SIM Subsciber Identifier Modul Khối nhận dạng thuê bao SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên SLF Subscriber Locator Function Chức năng vị trí thuê bao SSF Service Switching Function Chức năng chuyển mạch dịch vụ THIG Topology Hiding Interwork Gateway Cổng tương tác ẩn giao thức UE User Equipment Thiết bị người dùng UMTS Universal Mobile Telecommunication System Hệ thống thông tin di động toàn cầu URL Universal Resource Locator Vị trí tài nguyên toàn cầu USIM UMTS SIM Modul nhận dạng thuê bao UMTS ETSI European Telecommunications Standards Institute Viện chuẩn hoá viễn thông Châu Âu 4 Phân hệ đa phương tiện IMS DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Các xu hướng phát triển mạng viễn thông Hình 1.2: Xu hướng phát triển mạng và dịch vụ Hình 1.3: Xu hướng tiến hoá lên mạng NGN của các mạng hiện tại Hình 1.4: Chiến lược phát triển mạng NGN Hình 1.5: Sự hội tụ các mạng viễn thông hiện tại Hình 1.6: Phát triển mạng NGN trên cơ sở mạng hiện có Hình 1.7: Phát triển mới mạng NGN Hình 1.8: Khả năng hội tụ mạng của IMS. Hình 1.9: Vị trí của IMS trong mạng NGN Hình 2.1: Kiến trúc phân lớp của IMS. Hình 2.2: Các máy chủ ứng dụng IMS. Hình 2.3: Kiến trúc các CSCF. Hình 2.4: Kiến trúc MRF. 5 Phân hệ đa phương tiện IMS Hình 2.5: Kết nối IMS và mạng PSTN/CS. Hình 2.6: IMS-ALG và TrGW. Hình 2.7: mạng truy nhập tới IMS. Hình 2.8: Các điểm tham chiếu trong IMS. Hình 2.9: Các thành phần SIP. Hình 2.10: Luồng bản tin báo hiệu Hình 2.11: Luồng bản tin báo hiệu thiết lập phiên đăng ký Hình 3.1: Push to talk over Cellular DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: So sánh các công nghệ sử dụng trong mạng truyền thống và mạng NGN Bảng 2.1: Các điểm tham chiếu liên kết các chức năng trong mạng lõi IMS. Bảng 2.2: Tài liệu về nhận thực trao quyền và thanh toán 6 Phân hệ đa phương tiện IMS Chương 1: Tổng quan về IMS 1.1 Xu hướng phát triển của dịch vụ và mạng viễn thông 1.1.1. Xu hướng phát triển của viễn thông Cùng với sự phát triển không của khoa học kỹ thuật, thì Điện tử - Viễn thông là một lĩnh vực có những phát triển vượt bậc đạt được những thành tựu to lớn, công nghệ tiên tiến đã và đang được áp dụng vào thực tế đáp ứng được yêu cầu về chất lượng, đa dịch vụ và khả năng dung lượng cung cấp Những xu hướng phát triển công nghệ đã và đang tiếp cận nhau, đan xen lẫn nhau nhằm cho phép mạng lưới thoả mãn tốt hơn các nhu cầu của khách hàng trong tương lai. Thị trường viễn thông trên thế giới đang đứng trong xu thế cạnh tranh và phát triển hướng tới mạng viễn thông toàn cầu tạo ra khả năng kết nối đa dịch vụ trên phạm vi toàn thế giới Xu hướng phát triển công nghệ điện tử-viễn thông-tin học ngày nay trên thế giới được ITU thể hiện một cách tổng quát trong hình sau: 7 Phân hệ đa phương tiện IMS Hình 1.1: Các xu hướng phát triển mạng viễn thông Trong đó các dịch vụ viễn thông được chia thành hai loại: - Hoạt động hướng kết nối. - Hoạt động không kết nối Hoạt động hướng kết nối: Các cuộc gọi trong mạng viễn thông, PSTN, ISDN là các hoạt động hướng kết nối, các cuộc gọi được thực hiện với trình tự: thiết lập cuộc gọi (quay số- xác nhận kết nối)-gửi và nhận thông tin-kết thúc. Với chất lượng mạng tốt, các hoạt động hướng kết nối luôn luôn đảm bảo chất lượng dịch vụ thông tin. Công nghệ ATM phát triển cho phép phát triển các dịch vụ băng rộng và nâng cao chất lượng dịch vụ. Hoạt động không kết nối: Khác với các cuộc gọi quay số trực tiếp theo phương thức hướng kết nối, các hoạt động thông tin dựa trên giao thức IP như việc truy nhập Internet không yêu cầu việc xác lập trước các kết nối, vì vậy chất lượng dịch vụ có thể không được đảm bảo. Tuy nhiên do tính đơn giản, tiện lợi với chi phí thấp, các dịch vụ thông tin theo phương thức hoạt động không kết nối phát triển rất mạnh theo xu hướng nâng cao chất lượng dịch vụ và tiến tới cạnh tranh với các dịch vụ thông tin theo phương thức hướng kết nối. Hai xu hướng phát triển này dần tiếp cận và hội tụ với nhau tiến tới ra đời công nghệ ATM/IP. 8 Phân hệ đa phương tiện IMS Sự phát triển mạnh mẽ của nhu cầu dịch vụ và các công nghệ mới tác động trực tiếp đến sự phát triển cấu trúc mạng. Hình 1.2: Xu hướng phát triển mạng và dịch vụ 1.1.2.Mạng viễn thông trên con đường tiến tới NGN Trong nhiều năm gần đây, nền công nghiệp Viễn thông đang đứng trước một lựa chọn để phát triển công nghệ cơ bản nào và sử dụng mạng gì để hỗ trợ công nghệ mạng đó. Khái niệm mạng thế hệ sau NGN ra đời cùng với việc tái kiến trúc mạng, tận dụng các ưu thế về công nghệ tiên tiến của các công nghệ đã có nhằm đưa ra nhiều dịch vụ mới, mang lại lợi ích cho nhà khai thác và đáp ứng nhu cầu của người sử dụng. Một chiến lược để phát triển từ mạng hiện tại sang kiến trúc mạng mới là rất quan trọng nhằm giảm thiểu yêu cầu đầu tư trong giai đoạn chuyển tiếp, sớm tận dụng được các ưu điểm của mạng NGN. Tuy nhiên bất kỳ bước đi nào trong tiến trình chuyển tiếp này cũng cần tạo điều kiện dễ dàng hơn cho bước phát triển chung lên NGN dựa trên nền chuyển mạch gói. Bất cứ một chiến lược phát triển nào cũng cần phải tận dụng lại cơ sở hạ tầng mạng truyền thống bên cạnh các thành phần mạng mới. Các nguyên tắc cơ bản để xây dựng mạng NGN như sau: - Đáp ứng nhu cầu cung cấp các loại hình dịch vụ viễn thông phong phú đa dạng, đa dịch vụ, đa phương tiện. - Kiến trúc mạng đơn giản. 9 Phân hệ đa phương tiện IMS - Hiệu quả sử dụng mạng, chất lượng mạng cao và giảm thiểu các chi phí khai thác bảo dưỡng. - Dễ dàng mở rộng dung lượng, phát triển các thành phần, các dịch vụ mới. - Tính linh hoạt cao, và năng lực tồn tại mạnh. Xu hướng phát triển lên mạng NGN từ các mạng hiện tại được thể hiện trong hình sau: Hình 1.3: Xu hướng tiến hoá lên mạng NGN của các mạng hiện tại Trong hình, ta thấy các mạng viễn thông hiện tại gồm nhiều mạng riêng lẻ kết hợp lại với nhau thành một mạng tổng hợp nhằm mục đích đáp ứng các dịch vụ riêng lẻ. Do đó, việc xây dựng mạng NGN phải đảm bảo các tiêu chí sau: 1.Mạng NGN có khả năng hỗ trợ tất cả các dịch vụ của các mạng hiện tại trên nền mạng Internet. 2. Mạng NGN phải hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ của nhiều nhà cung cấp khác nhau. Mỗi nhà cung cấp hay dịch vụ là một thực thể riêng lẻ độc lập. Có thể sử dụng các giao thức khác nhau. 3. Mạng NGN phải hỗ trợ tất cả các loại kết nối cho cả mạng di động và cố định. Vì vậy, mạng NGN được xây dựng từ các mạng hiện tại (phát triển thêm chuyển mạch gói) kết hợp với mạng Internet (hỗ trợ thêm QoS). Chiến lược phát triển sang mạng NGN được thể hiện như trong hình vẽ sau: 10 [...]... sắp xếp dữ liệu đã được phân tích trong hệ thống IMS MRF luôn được đặt trong mạng chủ IMS 29 Phân hệ đa phương tiện IMS Chức năng quản lý tài nguyên đa phương tiện MRF (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... 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 27 Phân hệ đa phương tiện IMS thống SIP, có nghĩa là... với phần tử vật lý Một số phần tử chức năng có thể hợp nhất trong một phần tử vật lý Kiến trúc dịch vụ định nghĩa phương pháp chuẩn cho 17 Phân hệ đa phương tiện IMS dịch vụ được giới thiệu trong khi mạng lõi định nghĩa sự tương tác giữa các phần tử chức năng + IMS là phân hệ đa phương tiện IP Tuy nhiên chúng ta cần nó để cung cấp dịch vụ ngoài dịch vụ thoại cơ bản Có thể là thoại, video, hoặc hình ảnh... nhau I-CSCF, S-CSCF, Truyền tải thông tin qua lại giữa các mạng mạng IP ngoài IP và IMS Mn MGCF, IM-MGW Mp MRFC, MRFP Mr S-CSCF, MRFC Điều khiển tài nguyên trong mặt phẳng người dùng Truyền tải thông tin qua lại giữa MRFP và MRFC Truyền tải thông tin qua lại giữa S-CSCF và MRFC SIP SIP SIP SIP H.248 H.248 SIP 35 Phân hệ đa phương tiện IMS Mw P-CSCF, I-CSCF, S- Truyền tải tất cả các bản tin báo hiệu... 2.2.2.2.Chức năng điều khiển cổng vào ra (BGCF) 28 Phân hệ đa phương tiện IMS 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... dịch vụ Nếu AS đặt ở ngoài mạng nhà, nó không tương tác với HSS.Các AS được mô tả theo Hình 2.2: Hình 2.2 Các máy chủ ứng dụng IMS 24 Phân hệ đa phương tiện 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... 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 16 Phân hệ đa phương tiện IMS 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... tại, chưa có nhiều nhu cầu 14 Phân hệ đa phương tiện IMS dịch vụ mới Con đường phát triển lên NGN là xây dựng mới hoàn toàn tiến thẳng lên NGN 1.2 Tổng quan về IMS 1.2.1 Khái niệm IMS 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,... vào năm 1998 ETSI cũng định nghĩa kiến trúc mạng GPRS Cùng năm đó, 3GPP cũng đưa ra hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba bao gồm: các mạng đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng (WCDMA), đa truy nhập vô tuyến 18 Phân hệ đa phương tiện IMS phân chia theo mã /phân chia theo thời gian (TD-CDMA) và giải pháp mạng lõi GSM Hầu hết công việc và lý thuyết nền tảng của 3GPP đưa ra được kế thừa từ các nhóm... các tín hiệu quyết định đường truyền - LCS (Line Conditioning Signals) cho UTRAN và truyền tin đa phương tiện và mặt bằng người dùng Gb truyền tải IP 19 Phân hệ đa phương tiện IMS 3GPP Release 5 và Release 6 Cuối cùng R5 đã đưa IMS vào như một trong các chuẩn của 3GPP IMS hỗ trợ kiến trúc dựa trên truy cập IP độc lập mà tương tác với các mạng thoại và dữ liệu hiện tại cho cả người dùng cố định (ví dụ . thuật Inernet IM IP multimedia Đa phương tiện IP IM CN SS IP Multimedia Core Network Subsystem Phân hệ mạng lõi đa phương tiện IP IMS IP Multimedia subsystem Phân hệ đa phương tiện IP IMSI International. năng điều khiển cổng phương tiện MGF Media Gateway Function Chức năng cổng phương tiện MMS Multimedia Message Serviec Dịch vụ bản tin đa phương tiện 3 Phân hệ đa phương tiện IMS MRFC Multimedia. nghĩa phương pháp chuẩn cho 17 Phân hệ đa phương tiện IMS dịch vụ được giới thiệu trong khi mạng lõi định nghĩa sự tương tác giữa các phần tử chức năng. + IMS là phân hệ đa phương tiện IP.