Luận văn Nghiên cứu cấu trúc IMS trong mạng thông tin di động

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ -----O0O----- LÊ NAM THẮNG NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC IMS TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà nội, tháng 12 - 2009 Trang-2- ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ -----O0O----- LÊ NAM THẮNG NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC IMS TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Ngành: Công nghệ Điện tử-Viễn thông Chuyên ngành : Kỹ thuật Điện tử Mã số : 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS -Tiến sĩ Nguyễn Viết Kính Hà nội, tháng 12 – 2009 LỜI CAM ĐOAN Trang-3- Tôi xin cam đoan luận văn này là kết quả do bản thân tự sưu tầm, nghiên cứu từ các tài liệu có được và tài liệu trên mạng Internet, dưới sự hướng dẫn của thày giáo PGS-TS Nguyễn Viết Kính. Nếu có gì sai sót, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Hà Nội, tháng 12 năm 2009 Người viết cam đoan LÊ NAM THẮNG LỜI CẢM ƠN Trang-4- Trước tiên, tôi muốn nói lời cảm ơn sâu sắc đến PGS-TS Nguyễn Viết Kính - người thầy đã tận tình hướng dẫn, gợi mở cho tôi hướng kiến thức để hoàn thành luận văn thạc sĩ này. Cảm ơn những lời nhận xét quý giá và những tình cảm ấm áp mà thầy đã dành cho tôi. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo , Lãnh dạo và chuyên viên Khoa Điện tử viễn thông, Phòng Sau Đại học - Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bè bạn và những người đã có nhiều động viên, khuyến khích tôi trong quá trình học tập. Cuối cùng tôi muốn gửi lời cảm ơn tới tất cả những người đã hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn thạc sĩ này. Hà Nội, tháng 12 năm 2009 LÊ NAM THẮNG MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................2 Trang-5- LỜI CẢM ƠN.............................................................................................................3 MỤC LỤC ..................................................................................................................4 BẢNG THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT ...............................................................7 DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................14 DANH MỤC CÁC HÌNH MINH HỌA...................................................................15 MỞ ĐẦU...................................................................................................................17 Chương 1. VỊ TRÍ,VAI TRÒ CỦA IMS TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CHO NGN. ......................................................................18 Giới thiệu chung. ...........................................................................................................................18 1.1. NGUỒN GỐC KHÁI NIỆM IMS ....................................................................................19 1.1.1 Từ GSM tới 3GPP Release 7..........................................................................................................20 1.1.2. Cấu trúc cơ bản IMS được định nghĩa trong Release 5 của 3GPP ...................................................21 1.1.3 Các vấn đề liên quan đến mã hóa và dịch vụ hội thoại ......................................................................22 1.2 VỊ TRÍ- VAI TRÒ IMS TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ MỚI..........................23 1.2.1 Cấu trúc chức năng của mạng NGN di động....................................................................................23 1.2.2 Các chức năng cơ bản của IMS trong hệ thống NGN di động ..........................................................24 1.3 CẤU TRÚC IMS THEO TIÊU CHUẨN 3GPP....................................................................26 1.3.1 Kết nối IP ........................................................................................................................................26 1.3.1.1 Vấn đề chất lượng dịch vụ đối với các dịch vụ đa phương tiện IP............................................................ 27 1.3.1.2 Điều khiển chính sách IP bảo đảm sử dụng đúng các tài nguyên. ............................................................ 27 1.3.1.3 An toàn thông tin ................................................................................................................................... 27 1.3.1.4 Tính cước .............................................................................................................................................. 28 1.3.1.5 Hỗ trợ chuyển vùng ............................................................................................................................... 28 1.3.1.6 Phối hợp hoạt động với các mạng khác................................................................................................... 28 1.3.1.7 Mô hình điều khiển dịch vụ.................................................................................................................... 29 1.3.1.8 Cấu trúc phân lớp .................................................................................................................................. 29 1.3.2 Mô tả mối quan hệ các thực thể và các chức năng trong IMS...........................................................29 1.3.2.1 Các thực thể thực hiện chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF) ....................................................... 30 1.3.2.2 Cơ sở dữ liệu .......................................................................................................................................... 30 Các chức năng dịch vụ ....................................................................................................................................... 31 1.3.2.3 Các chức năng hoạt động liên mạng ........................................................................................................ 32 1.3.3 Các điểm tham chiếu IMS................................................................................................................33 1.3.3.1 Điểm tham chiếu Gm (Điểm tham chiếu giữa một P- CSCF với UE) ...................................................... 34 1.3.3.2 Điểm tham chiếu Mw (giữa một CSCF với một CSCF khác) .................................................................. 34 1.3.3.3 Điểm tham chiếu điều khiển dịch vụ IMS (ISC) ..................................................................................... 34 1.3.3.4 Điểm tham chiếu Cx .............................................................................................................................. 35 Trang-6- 1.3.3.5 Điểm tham chiếu Dx.............................................................................................................................. 35 1.3.3.6 Điểm tham chiếu Sh............................................................................................................................... 35 1.3.3.7 Điểm tham chiếu Si ............................................................................................................................... 36 1.3.3.8 Điểm tham chiếu Dh ............................................................................................................................ 36 1.3.3.9 Điểm tham chiếu Mm ............................................................................................................................ 36 1.3.3.10 Điểm tham chiếu Mg ........................................................................................................................... 36 1.3.3.11 Điểm tham chiếu Mi ............................................................................................................................ 37 1.3.3.12 Điểm tham chiếu Mj ............................................................................................................................ 37 1.3.3.13 Điểm tham chiếu Mk ........................................................................................................................... 37 1.3.3.14 Điểm tham chiếu Mn ........................................................................................................................... 37 1.3.3.15 Điểm tham chiếu Ut............................................................................................................................. 37 1.3.3.16 Điểm tham chiếu Mr ............................................................................................................................ 38 1.3.3.17 Điểm tham chiếu Mp ........................................................................................................................... 38 1.3.3.18 Điểm tham chiếu Go............................................................................................................................ 38 1.3.3.10 Điểm tham chiếu Gq ............................................................................................................................ 38 Chương 2. MỘT SỐ CHỨC NĂNG IMS TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG...........................................................................................40 2.1 ĐĂNG KÝ, NHẬN THỰC VÀ TÍNH CƯỚC (AAA) TRONG IMS ....................................40 2.1.1 Đăng ký .........................................................................................................................................40 2.1.2. Nhận thực ......................................................................................................................................43 2.2 BẢO MẬT TRONG IMS....................................................................................................46 2.2.1 Bảo mật cho sự truy nhập...............................................................................................................46 2.2.2 Bảo mật mạng................................................................................................................................47 2.2.3 Một số khái niệm chi tiết liên quan đến bảo mật ..........................................................................48 2.3 QUẢN LÝ PHIÊN TRUYỀN DẪN TRONG IMS...........................................................49 2.4.1 Quản lý phiên truyền dẫn .................................................................................................................49 2.4.2 Các nhận dạng chủ gọi và bị gọi..................................................................................................51 2.4.3 Định tuyến..................................................................................................................................52 2.4.4 Nén thông tin..............................................................................................................................55 2.4.5 Dàn xếp phương tiện truyền thông ..............................................................................................56 2.4.6 Dự trữ tài nguyên – Resource Reservation ..................................................................................57 2.4.7 Điều khiển phương tiện truyền thông ..........................................................................................59 2.4.8 Sự trao đổi thông tin liên quan đến tính cước cho phiên...............................................................59 2.4.9 Ví dụ một số trường hợp Đối với tính cước offline ...........................................................................60 2.4.10 Giải phóng phiên ..........................................................................................................................61 Chương 3: CÁC DỊCH VỤ TRIỂN KHAI TRÊN NỀN IMS ................................63 3.1 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG IMS........................................................................63 3.1.1 Giới thiệu .......................................................................................................................................63 3.1.2 Reservation của các đầu cuối ..........................................................................................................64 3.1.3 Sự trao quyền bởi Mạng..............................................................................................................65 3.1.4 QoS trong mạng..........................................................................................................................66 Trang-7- 3.2 DỊCH VỤ HIỂN THỊ ........................................................................................................66 3.2.1 Cấu trúc hệ thống liên quan đến dịch vụ hiển thị trong IMS.........................................................66 3.2.2 Sự đăng ký Watcher....................................................................................................................67 3.2.3 Sự công bố hiển thị .....................................................................................................................69 3.3 DỊCH VỤ NHẮN TIN.......................................................................................................70 3.3.1 Nhắn tin tức thời Pager-mode trong IMS.....................................................................................70 3.3.2 Nhắn tin tức thời Session-base trong IMS ...................................................................................71 3.4 Dịch vụ Push to talk..........................................................................................................77 3.4.1 URI-list Services (Danh sách dịch vụ URI) .................................................................................77 3.4.2 Multiple REFER.........................................................................................................................79 3.5 CẤU TRÚC MẠNG DỊCH VỤ TRONG POC IMS. ( POC: Push to talk over the Cellular service-Dịch vụ đàm thoại trên Cell) ..............................................................................................80 3.5.1 Khái Quát. ..................................................................................................................................80 3.5.2 Sự đăng ký PoC ..........................................................................................................................81 3.5.3 Các vai trò của PoC Server .........................................................................................................81 3.5.4 Các loại phiên PoC .....................................................................................................................83 3.6 DỊCH VỤ HỘI NGHỊ .......................................................................................................89 3.6.1 Cấu trúc......................................................................................................................................89 3.6.2 Trạng thái hội nghị .....................................................................................................................90 3.6.3 Ví dụ ..........................................................................................................................................90 3.7 DỊCH VỤ QUẢN LÝ NHÓM.......................................................................................93 3.7.1 Khái niệm Dịch vụ Quản lý nhóm...............................................................................................93 3.7.2 Resource List (Danh sách tài nguyên) .........................................................................................94 3.7.3 Quản lý tài liệu XML PoC ..........................................................................................................95 Chương 4: SẢN PHẨM, THIẾT BỊ VÀ GIẢI PHÁP IMS DI ĐỘNG CỦA MỘT SỐ HÃNG TRÊN THẾ GIỚI. .............................................................97 4.1 HÃNG HUAWEI..............................................................................................97 4.1.1 Giải pháp.........................................................................................................................................97 4.1.2 Thiết bị .......................................................................................................................................99 4.1.3 Dịch vụ.....................................................................................................................................101 4.2 HÃNG ERICSSON. ........................................................................................................105 4.2.1 Giải pháp ..................................................................................................................................105 4.2.2 Thiết bị .....................................................................................................................................107 4.2.3 Dịch vụ.....................................................................................................................................108 4.3 HÃNG ALCATEL – LUCENT ......................................................................................110 4.3.1 Giải pháp ..................................................................................................................................110 4.3.2 Thiết bị .....................................................................................................................................112 4.3.3 Dịch vụ.....................................................................................................................................114 Trang-8- 4.3.3.1 Dịch vụ hiển thị và quản lý danh sách liên lạc............................................................................... 114 4.3.3.2 Giới thiệu..................................................................................................................................... 114 4.3.3.3 Mô hình số liệu hiển thị (Presence Data Model) ............................................................................ 115 4.3.3.4 Dịch vụ Push to Talk/View/Share ................................................................................................. 115 4.3.3.5 Dịch vụ nhắn tin tức thời .............................................................................................................. 116 4.4 NHẬN XÉT, SO SÁNH VỀ GIẢI PHÁP CỦA CÁC HÃNG........................................117 4.5 PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG MẠNG DI ĐỘNG CỦA VNPT VÀ CÁC KHUYẾN NGHỊ. ...............................................................................................................117 TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................122 BẢNG THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt 3GPP 3rd Generation Partnership Project Dự án hợp tác về mạng viễn thông thế hệ thứ 3 A Trang-9- AAA Authentication, Authorization and Accounting Nhận thực, trao quyền và thanh toán AAL ATM Adaptation Layer Lớp thích ứng ATM ACA Accounting Answer Trả lời việc thanh toán ACL Access Control List Danh sách điều khiển truy nhập ACP Subsciption Authorization Policy Chính sách trao quyền thuê bao ACR Accounting Request Yêu cầu thanh toán ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số bất đối xứng AKA Authentication and Key Agreement Sự nhận thực và thoả thuận khoá nhận thực API Application Programming Interface Giao diện lập trình ứng dụng ARPU Average Revenue Per Unit / User Lợi nhuận trung bình trên một thuê bao AS Application Server Máy chủ ứng dụng ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền dẫn bất đối xứng AUC Authentication Centre Trung tâm nhận thực AUTN Authentication token Thẻ nhận thực AV Authentication Vector Vector nhận thực AVP Audio Video Profile B BCF Bearer Charging Function Chức năng tính cước Bearer BGCF Breakout Gateway Control Function Chức năng điều khiển cổng vào ra Breakout BICC Bearer Independent Call Control Điều khiển cuộc gọi độc lập với kênh mang BTS Base Transceiver Station Trạm gốc C CAMEL Customized Applications for Mobile network Enhanced Logic Những lập luận để nâng cao tính di động ứng dụng cho khách hàng CAP CAMEL Application Part Phần ứng dụng CAMEL CGF Charging Gateway Function Chức năng cổng tính cước COPS Common Open Policy Service Dịch vụ chính sách mở CCA Credit-Control-Answer Trả lời việc đối chứng tín dụng CCF Charging Collection Function Chức năng thu thập thông tin cước CCR Credit-Control-Request Yêu cầu đối chứng tín dụng CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CDF Charging Data Function Chức năng dữ liệu tính cước Charging Data Record Bản ghi dữ liệu tính cước CDR Call Data Record Bản ghi dữ liệu cuộc gọi CK Ciphering (Cipher) Key Khoá mật mã CLF Connectivity session Location and repository Function Vị trí phiên liên kết và kho chức năng CPCP Conference Policy Control Protocol Giao thức điều khiển chính sách hội nghị CS Circuit Switch Chuyển mạch kênh CSC Call Session Controller Bộ điều khiển phiên cuộc gọi CSCF Call Session Control Function Chức năng điều khiển phiên gọi CRF Charging Rule Function Chức năng luật tính cước D DES Data Encryption Standard Chuẩn mã hoá dữ liệu DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình máy chủ động DNS Domain Name System Hệ thống tên miền Trang-10- DSCP Differentiated Services Codepoints Mã điểm các dịch vụ khác biệt E ECF Event Charging Function Chức năng tính cước dựa trên sự kiện EDGE Enhanced Data Rates for Global Evolution Mạng vô tuyến cải tiến về giao diện vô tuyến GSM nhằm tăng tốc độ truyền số liệu ENUM Telephone Number Mapping Service Registration Sự đăng kí dịch vụ dùng ánh xạ số điện thoại ETSI European Telecommunications Standards Institute Viện tiêu chuẩn viễn thông châu âu ESP Encapsulating (Encapsulated) Security Payload Tải bảo mật đóng gói F FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền tải file FMC Fixed Mobile Convergence Sự hội tụ di động và cố định G GAMA Motorola’s Global Application Management Architecture Kiến trúc quản lý ứng dụng toàn cầu của Motorola GCID GPRS Charging Identifier Nhận dạng tính cước GPRS GERAN GSM/Edge Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến GSM hoặc EDGE GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ Cổng vào ra GPRS GLMS Group List Management Server Máy chủ quản lý danh sách nhóm Gm Điểm tham chiếu giữa một P- CSCF với UE GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói thông thường GSM Global System for Mobile Communications Hệ thống thông tin đi động toàn cầu GUI Graphic User Interface Giao diện đồ hoạ của người dùng H HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú HSS Home Subscriber Server Máy chủ thuê bao thường trú HTTP Hypertext Transport Protocol Giao thức truyền tải siêu văn bản I I-CSCF Interrogating- Call Session Control Function tham vấn điều khiển phiên gọi ICID IMS Charging Identifier Nhận dạng tính cước IMS ICP Internet Cache Protocol Giao thức ICP IETF Internet Engineering Task Force Nhóm làm việc liên quan đến các giao thức Internet IEC Immediate Event Charging Tính cước dựa trên sự kiện trực tiếp IFS Intergrated Feature Server Máy chủ tích hợp các đặc tính IK Integrity Key Khoá Intergrity IKE Internet Key Exchange Trao đổi khoá Internet IM Instant Messaging Nhắn tin tức thời IME Intergarated Multimedia Enviroment Môi trường đa phương tiện truyền thông tích hợp IMS-MGW IP Multimedia Subsystem-Media Gateway Function Chức năng cổng vào ra truyền thông – phân hệ đa phương tiện IP IM-SSF IP Multimedia Service Switching Function Chức năng chuyển mạch phục vụ đa Trang-11- phương tiện IP IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện dựa trên giao thức Internet IMSI International Mobile Subscriber Identier Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế INAP Intelligent Network Application Protocol Giao thức ứng dụng cho mạng thông minh IOI Inter-Operator Identifier Nhận dạng giữa nhà khai thác IP Internet Protocol Giao thức Internet IP-sec Internet Protocol security Bảo mật giao thức Internet ISIM IP Multimedia Services Identity Module Modun nhận dạng các dịch vụ đa phương tiện IP ISC IMS Service Control Giao diện điều khiển dịch vụ IMS ISIM IP Multimedia Services Identity Module Modun nhận dạng các dịch vụ đa phương tiện IP ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số đa dịch vụ tích hợp ISUP ISDN User Part Phần người dùng ISDN ITU International Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế M MAA Multimedia-Auth-Answer Trả lời cho nhận thực đa phương tiện MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng cho di động MAR Multimedia-Auth-Request Yêu cầu nhận thực đa phương tiện Mb Điểm tham chiếu đến các dịch vụ IPv6 MCC Mobile Country Code Mã di động quốc gia Mg Điểm tham chiếu giữa một MGCF với một CSCF MGW Media Gateway Cổng truyền thông MGCF Media Gateway Control Function Chức năng điều khiển cổng vào ra truyền thông MGCP Media Gateway Control Protocol Giao thức điều khiển cổng truyền thông MIME Multipurpose Internet Mail Extension Sự mở rộng Thử Internet cho đa mục đích MNC Mobile Network (National) Code Mã mạng di động (Mã mạng di động trong nước) MNO Mobile Network Operator Nhà khai thác mạng di động MML Man Manchine Language Ngôn ngữ giao diện người và máy MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện Mm Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một mạng đa phương tiện IP MOU Memorandum Of Understanding Biên bản ghi nhớ Mr Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một MRCF MRFC Multimedia Resource Function Controller Bộ điều khiển chức năng tài nguyên đa phương tiện MRFP Media Resource Function Processor Bộ xử lý chức năng tài nguyên truyền thông MRS Media Resource Server Máy chủ tài nguyên truyền thông MSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di động MSIN Mobile Subscriber Identification Number Số nhận dạng thuê bao di động MSISDN Mobile Subscriber International ISDN Mạng số đa dịch vụ tích hợp quốc tế cho thuê bao di động MSRP Message Session Relay Protocol Giao thức chuyển giao phiên tin nhắn MTP Message Transfer Part Phần truyền dẫn bản tin Trang-12- Mw Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một CSCF khác N NACF Network Access Configuration Function Chức năng cấu hình truy nhập mạng NAPTR Naming Authority PoinTeR Thẻ trao quyền đặt tên NASS Network Attachment Subsystem Phân hệ truy nhập mạng NAT Network Address Translator Bộ chuyển đổi địa chỉ mạng NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau L LCS Location services Các dịch vụ dựa trên vị trí LIA Location-Info-Answer Trả lời – thông tin vị trí LIR Location-Info-Request Yêu cầu thông tin vị trí LNP Local Number Portability O OAM Operational Administration and Maintenance Sự quản lý vận hành và bảo dưỡng OCG Operator Charging Gateway Cổng điều hành tính cước OCS Online Charging System Hệ thống tính cước online OMA Open Mobile Alliance Liên minh di động mở OSA Open Services Architecture Kiến trúc các dịch vụ mở OSA SCS OSA Service Capability Server Máy chủ tiềm trữ phục vụ OSA P PA Presence Agent Máy chủ hiển thị PBX Private Branch Exchange Tổng đài nhánh cá nhân PDA Personal Digital Assistant Thiết bị trợ giúp số cá nhân PDF Policy Decision Function Chức năng quyết định chính sách PDH Plesiochronous Digital Hierarchy Phân cấp số cận đồng bộ Packet Data Protocol Giao thức dữ liệu gói PDP Policy Decision Point Điểm quyết định chính sách PEP Policy Enforcement Point Điểm ép chính sách PEF Policy Enforcement Function Chức năng ép chính sách PHB Per Hop Behavior PIB Policy Information Base Cơ sở thông tin chính sách P-CSCF Proxy-CSCF CSCF uỷ quyền PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng PNA Push-Notification-Answer Trả lời – đẩy vào thông báo PNR Push-Notification-Request Yêu cầu đẩy vào thông báo POC Push to talk over the Cellular service Dịch vụ đàm thoại trên Cell POTS Plain Old Telephone System Hệ thống điện thoại truyền thống PPA Push-Profile-Answer Trả lời – việc đẩy vào hồ sơ PPR Push-Profile-Request Yêu cầu đẩy vào hồ sơ PRACK Provisional Response ACKnowledgement Thừa nhận đáp ứng tạm thời PS Packet Switch Chuyển mạch gói PSI Public Service Identity Nhận dạng dịch vụ công cộng PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PUA Presence User Agent Tác nhân người dùng hiển thị PUR Profile-Update-Request Yêu cầu cập nhật hồ sơ Q QOS Quality of Service Chất lượng dịch vụ R Trang-13- RACF Resource Access Control Facility Phương tiện điều khiển truy nhập tài nguyên RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RAND Random challenge Ngẫu nhiên không liên tiếp RBT Ring Back Tone Hồi âm chuông RES Response Đáp ứng RLS Resource List Server Máy chủ lên danh sách tài nguyên (hiển thị) RNC Radio Network Controller Điều khiển mạng vô tuyến RSVP Resource ReserVation setup Protocol Giao thức thiết lập phân bổ tài nguyên RTP Real-time Transport Protocol Giao thức truyền tải thời gian thực RTA Registration-Termination-Answer Trả lời cho sự kết thúc đăng ký RTR Registration-Termination-Request Yêu cầu kết thúc đăng ký S SA Security Association Sự kết hợp bảo mật SAA Server-Assignment-Answer Trả lời sự phân bổ máy chủ SAR Server-Assignment-Request Yêu cầu phân bổ máy chủ SBLP Service-Based Local Policy Chính sách nội bộ dựa trên dịch vụ SCF Session Charging Function Chức năng tính cước phiên SCS Service Capability Server Máy chủ tính năng dịch vụ SCIM Server Capability Interaction Manager Nhà quản lý sự tương tác tính năng của máy chủ S-CSCF Serving-CSCF CSCF phục vụ SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ SDP Session Description Protocol Giao thức mô tả phiên SEG Security Gateway Cổng vào ra bảo mật SGW Signalling Gateway Cổng vào ra báo hiệu SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ phục vụ GPRS SIM Subscriber Identity Module Modun nhận dạng thuê bao SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên SLF Subscription Locator Function Chức năng bộ định vị sự thuê bao SNA Subscribe-Notifications-Answer Trả lời (đáp lại) các thông báo về thuê bao SNR Subscribe-Notifications-Request Yêu cầu các thông báo về thuê bao SM Session Manager Quản lý phiên SMG Special Mobile Group Nhóm đặc trách về di động SME Small and Medium-sized Enterprise Doanh nghiệp vừa và nhỏ S/MIME Secure MIME MINE an toàn SMPP Short Message Peer-to-Peer Protocol Giao thức tin nhắn ngắn ngang hàng SMS Short Messaging Service Dịch vụ nhắn tin ngắn SRF Single Reservation Flow Luồng dành riêng đơn SRV RR Service record Bản ghi dịch vụ SS7 MTP SS7 Message Transfer Part Phần truyền dẫn bản tin trong SS7 SSP Subscriber Service Profile Hồ sơ phục vụ thuê bao T TD-CDMA Time Division/Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian / phân chia theo mã TBCP Talk Burst Control Protocol Giao thức điều khiển burst thoại TSP Transit signal priority Giao thức chuyển vân ưu tiên THIG Topology Hiding Inter-network Gateway Cổng vào ra ẩn cấu hình giữa các mạng TISPAN Telecoms & Internet converged Services & Tổ chức hội tụ viễn thông và Internet về Trang-14- Protocols for Advanced Networks dịch vụ và giao thức cho các mạng tiên tiến TLS Transport Layer Security Bảo mật lớp truyền tải TTCN Testing and Test Control Notation Thông báo điều khiển kiểm tra và thông báo việc kiểm tra TUI Text User Interface Giao diện người dùng văn bản U UAA User-Authorization-Answer Trả lời sự trao quyền người dùng UAR User-Authorization-Request Yêu cầu trao quyền người dùng UDA User-Data-Answer Trả lời về dữ liệu người dùng UDP User Datagram Protocol Giao thức UDP UDR User-Data-Request Yêu cầu dữ liệu người dùng UE User Equipment Thiết bị của người dùng UICC Universal Integrated Circuit Card Thẻ mạch tích hợp toàn cầu UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống viễn thông di động phổ biến URI Uniform Resource Identifier Nhận dạng tài nguyên đồng dạng USDS Lucent Unified Subscriber Data Server Máy chủ dữ liệu thuê bao thống nhất của Lucent USIM UMTS Subscriber Identity Module Modun nhận dạng thuê bao UMTS Ut Điểm tham chiếu giữa UE và một server ứng dụng (AS) V VCC Voice Call Continuity Sự liên tục của cuộc gọi thoại VHE Virtual Home Environment Môi trường thường trú ảo VoIP Voice over IP Thoại nhờ thức Internet W WAP Wireless Application Protocol Giao thức ứng dụng vô tuyến WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng WIN Wireless Intelligent Network Mạng thông minh không dây WLAN Wireless Local Area Network Mạng nội vùng không dây UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS X XCAP XML Configuration Access Protocol Giao thức truy nhập cấu hình XML XDM XML Document Management Quản lý tài liệu XML XDMC XML Document Management Client Khách quản lý tài liệu XML XDMS XMLDocument Management Server Máy chủ quản lý tài liệu XML XML Extensible Markup Language Ngôn ngữ Đánh dấu Mở rộng XRES Expected response Đáp ứng kỳ vọng DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các lệnh Sh. ..................................................................................................36 Bảng 2.1. Bảng tham chiếu các bản tin tính cước offline ..........................................44 Trang-15- Bảng 2.2. Bảng tham chiếu các bản tin tính cước online...........................................46 Bảng 2.3. Tiêu chuẩn bộ lọc của S-CSCF của Tobias................................................54 Bảng 3.1. Các giao diện PoC.......................................................................................81 DANH MỤC CÁC HÌNH MINH HỌA Hình 1.1. IMS trong các mạng hội tụ. ........................................................................20 Hình 1.2. Vai trò của IMS trong các mạng chuyển mạch gói. ...................................21 Hình 1.3. Cấu trúc các phần tử chức năng cơ bản của IMS [3GPP Release 5].........22 Hình 1.4. Cấu trúc phân lớp của mạng NGN- Mobile................................................24 Hình 1.5. Các tùy chọn kết nối IMS khi thuê bao chuyển mạng (roamming)...........26 Hình 1.6. Chuyển vùng luân phiên IMS/CS................................................................28 Hình 1.7. Cấu trúc lớp và IMS ....................................................................................29 Hình 1.8. Cấu trúc HSS. ..............................................................................................31 Hình 1.9. Mối quan hệ giữa các loại máy chủ ứng dụng khác nhau. ........................32 Hình 1.10. Sự chuyển đổi báo hiệu trong SGW. .........................................................32 Hình 1.3.7 Cấu trúc IMS và các điểm tham chiếu......................................................33 Hình 1.11. HSS giải pháp sử dụng SLF......................................................................35 Hình 2.1. Quá trình đăng ký........................................................................................40 Hình 2.2. I-CSCF tìm S-CSCF ....................................................................................41 Hình 2.3. Sự đăng ký IMS ...........................................................................................41 Hình 2.4. Dò tìm P-CSCF bằng cơ chế GPRS............................................................42 Hình 2.5. Dò tìm P-CSCF bằng cơ chế thông thường – DHCP DNS. ........................42 Hình 2.6. Cấu trúc tính cước offline IMS ...................................................................43 Hình 2.7: Hệ thống tính cước online trong IMS. ........................................................45 Hình 2.8. Sự kết hợp bảo mật dùng trên UDP............................................................46 Hình 2.9. Sự kết hợp bảo mật dùng trên TCP ............................................................47 Hình 2.10. Lưu lượng qua hai cổng bảo mật ..............................................................47 Hình Hình 2.11. Các giao diện bảo mật mạng ............................................................47 Hình 2.12. Thiết lập kết nối TLS .................................................................................48 Hình 2.13. Sơ đồ dùng S/MINE mật mã thân bản tin ................................................49 Hình 2.14. Sơ đồ dùng S/MINE giải mã thân bản tin.................................................49 Hình 2.15. Phiên truyền dẫn.......................................................................................51 Hình 2.16. Mào đầu giao dịch SIP..............................................................................55 Hình 2.17. Quy luật SigComp......................................................................................56 Hình 2.18. SDP offer/answer trong IMS .....................................................................57 Hình 2.19. SDP offer/answer và các tiền điều kiện khi thiết lập phiên SIP..............58 Hình 2.20. Truyền tài thông tin trao quyền media .....................................................59 Hình 2.21. UE nằm ở mạng tạm trú thiết lập phiên. ..................................................60 Hình 2.22. UE nằm ở mạng thường trú thiết lập phiên..............................................61 Hình 3.1. P-CSCF thêm SRF vào yêu cầu INVITE ...................................................63 Trang-16- Hình 3.2. P-CSCF thêm SRF vào phản hồi 183 ..........................................................64 Hình 3.3. Sự kích hoạt PDP Context ..........................................................................64 Hình 3.4. Kích hoạt PDP context thứ cấp ..................................................................65 Hình 3.5. Mạng trao quyền QoS.................................................................................65 Hình 3.6. Cấu trúc DiffServ thông qua các DSCP nhờ GGSN ................................66 Hình 3.7. Cấu trúc hệ thống hiển thị của IMS............................................................67 Hình 3.8. Đăng ký Watcher cho danh sách hiển thị ...................................................68 Hình 3.9. RLS đăng ký hiển thị. .................................................................................69 Hình 3.10. Đầu cuối IMS công bố thông tin hiển thị ..................................................69 Hình 3.11. Nhắn tin tức thời pager-mode trong IMS .................................................70 Hình 3.12. Ví dụ của một dịch vụ cung cấp các tin nhắn tức thời pager-mode. .......71 Hình 3.13. Các tin nhắn tức thời Session-base: phiên MSRP end-to-end ................72 Hình 3.14. Chat Server - hội nghi session-base multi-part.........................................73 Hình 3.15. Sự thiết lập phiên nhắn tin .............................Error! Bookmark not defined. Hình 3.20. Sự nhận thực ở MSRP relay......................................................................76 Hình 3.21. Sự thiết lập phiên end-to-end với MSRP relay.........................................77 Hình 3.22. URI-list Service và yêu cầu MESSAGE....................................................78 Hình 3.23. Các MESSAGE không dùng URI-list Service ..........................................78 Hình 3.24. REFER .......................................................................................................79 Hình 3.25. Phương thức REFER.................................................................................79 Hình 3.26. Cấu trúc PoC..............................................................................................80 Hình 3.27. Phiên PoC và Server PoC điều khiển trung tâm ......................................82 Hình 3.28. Server PoC điều khiển và Server tham gia PoC......................................83 Hình 3.29. Sự thiết lập phiên PoC one-to-one.............................................................84 Hình 3.30. Sự thiết lập phiên nhóm PoC ah-hoc........................................................85 Hình 3.31. Sự thiết lập phiên nhóm PoC Pre-arranged ............................................86 Hình 3.32. Sự thiết lập phiên nhóm PoC Chat...........................................................87 Hình 3.33. Thêm các user mới vào một phiên PoC ....................................................88 Hình 3.34. Chế độ trả lời thủ công ..............................................................................89 Hình 3.35. Chế độ trả lời tự động. ..............................................................................89 Hình 3.36. Cấu trúc IMS thực hiện dịch vụ hội nghị ................................................90 Hình 3.37. Tạo một hội nghị dùng URI conference factory ......................................91 Hình 3.38. Dùng yêu cầu REFER giới thiệu một user vào hội nghị...........................91 Hình 3.39. Sự đăng ký trạng thái hội nghị .................................................................92 Hình 3.40. Dùng CPCP tạo phiên hội nghị .................................................................92 Hình 3.41. Cập nhật thay đổi trạng thái, không dùng RLS .......................................95 Hình 3.42. Cập nhật thay đổi trạng thái, có dùng RLS. .............................................95 Hình 4.1. Lộ trình phát triển lên hệ thống IMS – Huawei .........................................97 Hình 4.2. Nâng cấp từ NGN softswitch lên IMS - Huawei .........................................98 Hình 4.3. Chi tiết các thành phần nâng cấp từ PSTN->NGN->IMS .........................98 Trang-17- Hình 4.4. Mô hình mạng IMS đầy đủ của Huawei ....................................................99 Hình 4.5. Nâng cấp từ softswitch lên AGCF.............................................................101 Hình 4.6. Nâng cấp từ softswitch lên MGCF ............................................................101 Hình 4.7. Mô hình dịch vụ VCC................................................................................102 Hình 4.8. Dich vụ Presence .......................................................................................103 Hình 4.9. Dịch vụ nhắn tin tích hợp ..........................................................................104 Hình 4.10. Sơ đồ tổng quan giải pháp IMS Ericsson................................................106 Hình 4.11. Vị trí HSS trong mạng .............................................................................107 Hình 4.12. Cấu hình phân lớp IMS weShare ............................................................108 Hình 4.14. Lộ trình IMS của Alcatel Lucent ............................................................111 Hình 4.15. Cấu hình mạng IMS – Alcatel-Lucent ....................................................112 Hình 4.16. Mô hình cung cấp dịch vụ PoC của Alcatel – Luccent ...........................116 Hình 4.17. Mô tả dịch vụ nhắn tin tức thời của Alcatel – Luccent ..........................116 Hình 4.18. Cấu hình tổng thể hệ thống mạng GPRS của Vinaphone ......................118 MỞ ĐẦU Với tư cách là một cấu trúc NGN chuẩn, IMS là mục tiêu được các nhà khai thác viễn thông lớn hướng tới, nhằm tạo ra một cơ sở hạ tầng mạng đa dạng và đủ mạnh để phát huy các loại hình dịch vụ đa phương tiện. Cấu trúc điều khiển dựa trên IMS tạo nền tảng cho việc triển khai hội tụ cố định và di động (FMC). Trang-18- Khái niệm IMS được bắt đầu bằng việc chuẩn hóa cấu trúc mạng di động 3G trong phiên bản (Release 5) của 3GPP. Trong cấu trúc Release 5, phần mạng lõi xuất hiện thêm phân hệ IMS tạo ra một nền tảng dịch vụ với phần điều khiển dựa trên giao thức SIP. Nền tảng dịch vụ này cho phép cung cấp các phiên truyền đa phương tiện cho mạng di động. Việc chuẩn hóa cấu trúc IMS cho mạng cố định được bắt đầu với Release 1 của TISPAN. Trong cấu trúc TISPAN, với việc bổ xung thêm các phân hệ điều khiển NASS và RACS đảm bảo cho việc tích hợp với mạng cố định (PSTN và mạng băng rộng cố định) có khả năng thực hiện được. Chính vì vậy, khi nghiên cứu về cấu trúc IMS chúng ta có hai cách nhìn khác nhau: theo quan điểm của mạng di động và theo khía cạnh đối với mạng cố định. Trong khuôn khổ đề tài này, xin được đưa ra hướng nghiêu cứu cấu trúc IMS theo cách nhìn từ phía mạng di động. Bố cục đề tài được xây dựng với các nội dung cơ bản như sau: CHƯƠNG 1 Vị trí, vai trò của IMS trong hệ thống thông tin di động cho NGN. CHƯƠNG 2 Một số chức năng của IMS trong hệ thống thông tin di động. CHƯƠNG 3 Các dịch vụ triển khai trên nền IMS di động. CHƯƠNG 4 Phân tích, đánh giá thiết bị, giải pháp IMS của một số nhà khai thác trên thế giới và ở việt Nam của VNPT. Một số khuyến nghị. Chương 1. VỊ TRÍ,VAI TRÒ CỦA IMS TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CHO NGN. Giới thiệu chung. Trong mạng thông tin di động, các hệ thống thế hệ 1 (1G) đã được giới thiệu triển khai từ giữa thập niên 80. Các mạng này đã hỗ trợ những dịch vụ cơ bản cho thuê bao, chủ yếu là các dịch vụ thoại và các dịch vụ có liên quan tới thoại. Các hệ thống thế hệ 2 (2G) từ những Trang-19- năm 1990 đã hỗ trợ thuê bao một số dịch vụ truyền số liệu và nhiều dịch vụ bổ sung khác. Thế hệ 3G hiện nay đang cho phép truyền tốc độ số liệu nhanh hơn với nhiều dịch vụ đa phương tiện khác nhau. Trong mạng thế hệ mới (NGN) có nhiều ứng dụng tiện ích hơn như các thực thể ngang hàng, chúng giúp sự chia sẻ thông tin dễ dàng hơn nhờ: trình duyệt chia sẻ, chia sẻ kinh nghiệm game, chia sẻ phiên vô tuyến 2 đường (ví dụ như: Push to Talk over Cellular). Khái niệm kết nối cũng sẽ được định nghĩa lại. Sự quay số và đàm thoại sẽ chỉ được xem như một phần nhỏ trong các tính năng mà mạng hỗ trợ. Khả năng thiết lập một kết nối ngang hàng giữa các thiết bị mới có giao thức Internet (IP) mới là vấn đề mấu chốt. Mô hình mới của những phương tiện thông tin này sẽ tiến xa so với khả năng của dịch vụ điện thoại trước đây (POTS). Mạng điện thoại hiện nay hỗ trợ các tác vụ then chốt cho sự thiết lập 1 kết nối. Bằng việc quay số ngang hàng, mạng có thể thiết lập một kết nối giữa bất kỳ 2 đầu cuối nào qua mạng IP. Khả năng kết nối IP này chỉ được sử dụng trong các môi trường hỗ trợ dịch vụ đơn độc và phân tán trong mạng Internet; trong các hệ thống đóng này, cạnh tranh dựa trên nền tảng thuê bao. Ở các hệ thống này, thuê bao được giới hạn trong các dịch vụ chỉ được hỗ trợ bởi hệ thống. Vì vậy, một hệ thống IMS cho phép các ứng dụng ở các thiết bị hỗ trợ IP thiết lập các kết nối ngang hàng (peer-to-peer) và nội dung ngang hàng (peer-to-content) dễ dàng và an toàn. Vậy IMS được định nghĩa là cấu trúc điều khiển cuộc gọi độc lập với hệ thống truy nhập; cấu trúc điều khiển dịch vụ và kết nối dựa trên nền IP hỗ trợ cho thuê bao các dịch vụ đa phương tiện khác nhau thông qua việc sử dụng các giao thức Internet thông thường. [3] Sự tích hợp của dịch vụ thoại và số liệu làm tăng hiệu quả triển khai các ứng dụng mới như dịch vụ hiển thị, “chat” đa phương tiện, push to talk (ấn nút nói) trong thông tin điểm- điểm, điểm-đa điểm đơn công và videoconfrencing (hội nghị truyền hình). Để hiểu rõ vai trò, nhiệm vụ của IMS di động trong hệ NGN, sau đây chương I của luận văn sẽ đề cập tới một số nét chung nhất về: - Lịch sử IMS. - Vị trí-vai trò - nhiệm vụ của IMS trong thông tin di động hệ NGN - Kiến trúc IMS theo tiêu chuẩn 3GPP. 1.1. NGUỒN GỐC KHÁI NIỆM IMS Môi trường thông tin hội tụ di động và cố định. với giải pháp IMS hỗ trợ việc kiểm soát phiên truyền dẫn trên miền PS (chuyển mạch gói), đồng thời cũng mang tới cho PS các chức năng của miền chuyển mạch kênh (CS). IMS là công nghệ chủ chốt sử dụng cho sự hội tụ mạng (FMC) trên nền NGN được khái quát bởi (Hình 1.1) Trang-20- Hình 1.1. IMS trong các mạng hội tụ. [3] 1.1.1 Từ GSM tới 3GPP Release 7 (phiên bản 7) Viện Nghiên cứu Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu (ETSI) định nghĩa các tiêu chuẩn liên quan đến hệ thống thông tin di động GSM từ những năm 80 và 90. ETSI cũng đã định nghĩa cấu trúc mạng GPRS. Chuẩn GSM cuối cùng đã được ban hành vào năm 1998 và cùng năm đó 3GPP cũng được hình thành bởi các tổ chức tiêu chuẩn từ châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc, Mỹ và Trung Quốc để chuẩn hóa cấu trúc hệ thống 3G dựa trên công nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng WCDMA, công nghệ truy nhập vô tuyến đa truy nhập phân chia theo thời gian/ mã (TD-CDMA) và mạng lõi GSM, chỉ tiêu kỹ thuật đầu tiên được ban hành trong phiên bản Release 99 của 3GPP. Trong Release 99, công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA là cải tiến cơ bản nhất đối với hệ thống 3G được xây dựng dựa trên cơ sở GSM. Ngoài WCDMA, phân hệ truy nhập vô tuyến UMTS (UTRAN) sử dụng giao diện Iu với hai khác biệt cơ bản so với các giao diện A và Gb. Trước tiên là sự chuyển đổi mã thoại cho Iu được thực hiện trong mạng lõi, trong GSM thì công việc này được thực hiện ở Trạm gốc (BTS). Thứ hai, sự mã hoá bảo mật và quản lý tính di động mức cell trong giao diện Iu được thực hiện ở Bộ điều Khiển mạng Vô tuyến (RNC), trong GSM thì các chức năng này được thực hiện tại SGSN. Cách kiến tạo dịch vụ được thực hiện dựa trên Kiến trúc dịch vụ mở (OSA). Về mặt dịch vụ, mục tiêu là ngừng chuẩn hoá các dịch vụ mới và tập trung vào khả năng phục vụ của dịch vụ, như các công cụ (CAMEL, ứng dụng SIM và OSA). Trang-21- Hình 1.2. Vai trò của IMS trong các mạng chuyển mạch gói. [3] IMS được giới thiệu trong Release 5 của 3GPP. IMS được giả định là một cấu trúc chuẩn hoá truy nhập không giới hạn trên nền IP. Cấu trúc IMS hỗ trợ việc thiết lập thông tin ngang hàng IP với tất cả các khách hàng phù hợp với chất lượng dịch vụ yêu cầu. Đồng thời với việc sử dụng tính năng quản lý phiên, cấu trúc IMS cũng hỗ trợ các chức năng cần thiết khác để đảm bảo hỗ trợ dịch vụ (như đăng ký, bảo mật, tính cước, kiểm soát kênh mang, chuyển vùng). Với những tính năng đó, IMS sẽ là phần tử trung tâm của mạng lõi IP (Hình 1.2). Việc tối ưu môi trường thông tin di động được thiết kế dựa trên sự nhận thực và phân quyền thuê bao theo số nhận dạng di động, dựa trên các quy luật tại giao diện của thuê bao với mạng để thực hiện nén bản tin SIP và các cơ chế kiểm soát chính sách và bảo mật. Ngoài ra, các khía cạnh quan trọng theo quan điểm của nhà khai thác được xác định khi phát triển kiến trúc như hệ thống tính cước, chính sách tính cước và điều khiển dịch vụ. 1.1.2. Cấu trúc cơ bản IMS được định nghĩa trong Release 5 của 3GPP Cấu trúc IMS về cơ bản cho trên Hình 1.3: UTRAN Home Serving PS domain IMS S-CSCF I-CSCF GGSNSGSN HSS P-CSCF Other IP/IMS network Trang-22- Hình 1.3. Cấu trúc các phần tử chức năng cơ bản của IMS [3GG] Các thực thể chức năng cơ bản của IMS được thể hiện trên hình vẽ bao gồm:  Thực thể Chức năng điều kiển cuộc gọi ủy quyền - Proxy-Call State Control Function (P-CSCF): Đây là điểm truy nhập đầu tiên của IMS. Thực thể này nằm trong cùng một mạng với GGSN . Chức năng cơ bản của thực thể này là chọn I-CSCF phù hợp trong mạng thường trú của thuê bao. Ngoài ra, nó cũng thực hiện một số tính năng nội bộ (vd: đọc số nhận thuê bao, xác định chính sách QoS..).  CSCF tham vấn - Interrogating-CSCF (I-CSCF): Đây là phần tử chức năng cổng giao tiếp chính của IMS trong mạng thường trú. Phần tử này có chức năng chọn S-CSCF phù hợp để phục vụ cho thuê bao (chức năng này được thực hiện với sự trợ giúp của HSS).  SCSCF phục vụ - Serving-CSCF (S-CSCF): Phần từ này thực hiện việc xử lý phiên truyền dẫn: xử lý các yêu cầu SIP, thực hiện các công việc phù hợp (như: yêu cầu mạng thường trú và tạm trú thiết lập các kênh mang) và chuyển tiếp yêu cầu đó tới S- CSCF / mạng IP bên ngoài của thuê bao đầu bên kia (khi cần). Một S-CSCF có thể cung cấp một số dịch vụ nhất định.  Các thực thể và chức năng liên mạng không được thể hiện trên Hình 1.3. Các thực thể này được chuẩn hóa để thực hiện chức năng kết nối IMS với các mạng truyền thống (PSTN, GSM, GSM+GPRS, UMTS….) bao gồm các thực thể như: BGCF, IMS- MGW... Lưu ý: từ phiên bản Release 5 trở đi, chức năng HLR được gọi là "HSS" (Home Subscriber Server) để thể hiện rằng cơ sở dữ liệu này không chỉ chứa các số liệu liên quan đến vị trí mà còn chứa các số liệu đăng ký như: danh sách các dịch vụ có thể sử dụng của thuê bao và các tham số liên quan khác. Trình tự làm việc của hệ thống mạng lõi có IMS: Đầu tiên, thiết lập kênh mang trong miền PS (ngữ cảnh PDP trong mạng GPRS) để sử dụng truyền tải báo hiệu IMS giữa UE và S-CSCF. Sau khi thỏa thuận, các kênh mang miền PS khác được thiết lập giữa UE và đầu cuối tham gia thông tin để truyền tải số liệu tạo ra bởi ứng dụng IMS. 1.1.3 Các vấn đề liên quan đến mã hóa và dịch vụ hội thoại Trong IMS, có tính năng được thực hiện nhằm đảm bảo các dịch vụ hội thoại đa phương tiện có thể được cung cấp trong miền PS. Tính năng này định nghĩa các bộ chuyển mã cần thiết và các phần tử được sử dụng trong dịch vụ hội thoại đa phương tiện di động PS. Tiêu chuẩn TS 26.235 chứa một bộ các bộ mã hóa mặc định sử dụng cho các ứng dụng đa phương tiện hội thoại PS trong hệ thống IMS. Việc thông tin âm thanh và hình ảnh cũng được chuẩn hóa. Các ứng dụng đề suất là các ứng dụng yêu cầu trễ thấp và tính năng thời gian thực. Trang-23- Tiêu chuẩn TS 26.236 chứa các giao thức yêu cầu trong 3GPP sử dụng đối với các dịch vụ đa phương tiện hội thoại PS dựa trên IMS. IMS là một phân hệ chứa các dịch vụ đa phương tiện hội thoại IP; cấu trúc của các dịch vụ này, các thủ tục xử lý tính năng phương tiện và thủ tục điều khiển cuộc gọi được định nghĩa trong tiêu chuẩn TS 24.229, và dựa trên giao thức SIP (được 3GPP chấp thuận sử dụng). Từng loại phương tiện được mã hóa độc lập và đóng gói trong các gói Giao thức thời gian thực- Real Time Protocol (RTP) phù hợp. Sau đó, những gói này sẽ được truyền từ đầu cuối đến đầu cuối trong các gói UDP trên kết nối IP thời gian thực đã được thỏa thuận và được thực hiện giữa các đầu cuối trong thời gian phiên truyền SIP (thủ tục này được định nghĩa trong tiêu chuẩn TS 24.229). Các UE hoạt động trong IMS cần được hỗ trợ mã hóa/ giải mã và thực hiện các chức năng đóng/mở gói. Các chức năng logic liên quan đến các luồng lưu lượng được xử lý tại lớp phiên SIP và việc đồng bộ giữa các phương tiện ở thiết bị thu đuợc thực hiện nhờ sử dụng các nhãn thời gian RTP. 1.2 VỊ TRÍ- VAI TRÒ IMS TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ MỚI. 1.2.1 Cấu trúc chức năng của mạng NGN di động Cấu trúc mạng NGN-mobile được xây dựng dựa trên hai nguyên tắc cơ bản:  Hội tụ thoại và dữ liệu: sử dụng cùng một công nghệ, cùng một mạng cho cả hai dịch vụ thoại và dữ liệu.  Phân tách các lớp: tách chức năng chuyển mạch và chức năng xử lý cuộc gọi. Trong phần này, chúng ta phân tích mô hình chức năng của mạng NGN-Mobile. Trong đó, các phần tử chức năng có thể là một phần tử vật lý, được tích hợp bên trong phần tử vật lý hoặc được phân bố trên một số phần tử vật lý. Về cơ bản mô hình chức năng của mạng NGN- Mobile có thể được cho trên Hình 1.4. Trong mô hình này, mạng NGN- Mobile được chia thành các phân lớp cơ bản: lớp truy nhập, lớp truyền tải, lớp điều khiển và lớp ứng dụng. Mỗi phân lớp có chứa một số phần tử chức năng cơ bản như: máy chủ cuộc gọi (Call Sever, MSC Server) hay còn gọi là Chuyển mạch mềm (SoftSwitch), Cổng truy nhập (Media Gateway), Cổng báo hiệu (Signalling Gateway) và Máy chủ dịch vụ (Feature Server). Trang-24- M ¹ng truyÒn t¶i IP /A T M Cæng truy nhËp (Media Gateway) M¸y chñ dÞch vô (Feature Server) Call server Signalling Gateway L íp ø n g d ô n g L íp ® iÒu k h iÓn L íp t r u yÒn t ¶i L íp t r u y n h Ëp Hình 1.4. Cấu trúc phân lớp của mạng NGN- Mobile. [1] 1.2.2 Các chức năng cơ bản của IMS trong hệ thống NGN di động [5] Cấu trúc NGN di động đựa trên phiên bản 3GPP R4 với việc sử dụng phần tử điều khiển cuộc gọi Call server là Softswitch ở lớp điều khiển cuộc gọi được thể hiện trên Hình 1.4. Khi phiên bản IMS đầu tiên (ứng với 3GPP R5) được triển khai trong cấu trúc này. Về cơ bản các phần tử chức năng chính (CSCF) của IMS sẽ thực hiện việc xử lý cuộc gọi tại lớp điều khiển. Ngoài ra, trong IMS còn có một số phần tử chức năng khác hỗ trợ kết nối với các hệ thống mạng hiện có và các hệ thống IMS khác. Lớp chuyển tải vẫn tận dụng cấu trúc mạng cũ (như các phần tử SGSN/GGSN). Bên cạnh đó, các máy chủ ứng dụng SIP (thuộc lớp ứng dụng) cũng là những thành phần không thể thiếu được trong cấu trúc hệ thống IMS. Như vậy, IMS sẽ đem đến những thay đổi trong cấu trúc mạng cũ chủ yếu tại lớp điều khiển và lớp ứng dụng. Các chức năng cơ bản của IMS tại lớp điều khiển và lớp ứng dụng trong cấu trúc IMS bao gồm:  Điều phối và quản lý phiên Multimedia: IMS sử dụng giao thức SIP để điều phối và quản lý phiên multimedia. IMS về bản chất là một mạng SIP di động được thiết kế để hỗ trợ chức năng này, trong đó IMS hỗ trợ định tuyến, định vị mạng, và các chức năng đánh địa chỉ. Khác với miền chuyển mạch kênh CS và miền chuyển mạch gói PS, miền IMS cho phép thiết lập bất kỳ loại phiên media nào (ví dụ, voice, video, text,...). Nó cũng cho phép bộ tạo dịch vụ kết hợp các dịch vụ từ miền CS và miền PS trong cùng một phiên, và cũng có thể hiệu chỉnh các phiên này một cách mềm dẻo và linh hoạt, ví dụ thêm tính năng video vào phiên thoại hiện có. Trang-25-  Quản lý phiên truyền dẫn di động: Cấu trúc căn bản của IMS cho phép hỗ trợ các dịch vụ truyền thông IP di động thông qua khả năng IMS tìm các user khác trong mạng và sau đó thiết lập một phiên thông tin với user đó. Các phần tử quan trọng của IMS cho phép quản lý di động là CSCF (Call Session Control Function) và HSS (Home Subscriber Server). HSS giữ toàn bộ dữ liệu căn bản về thuê bao và cho phép các user (hoặc các server) tìm và liên lạc với các user đầu cuối khác. CSCF về cơ bản là một proxy, nó hỗ trợ việc thiết lập và quản lý các phiên và chuyển tiếp các bản tin giữa các mạng IMS.  Chất lượng dịch vụ: IMS cung cấp một giải pháp hiệu quả và được chuẩn hoá cho các nhà khai thác muốn triển khai dịch vụ di động IP thời gian thực không lãng phí tài nguyên truyền dẫn nhưng vẫn đảm bảo sự hài lòng của khách hàng về dịch vụ. Trong mạng IP thông thường, truyền tải IP luôn luôn cố gắng tối đa để đảm bảo băng thông dịch vụ yêu cầu, người ta thường gọi là “best-effort”, tuy nhiên, trong thực tế không có bất kỳ sự đảm bảo tuyệt đối nào. Chức năng đảm bảo QoS “thông minh” trong mạng IP di động được chuẩn hoá cho IMS được biết dưới tên gọi PDF (Policy Decision Function). PDF điều khiển và tương tác với mạng chuyển mạch gói IP (thông qua giao diện Go với GGSN).  Thực thi, điều khiển và tương tác dịch vụ: Trong các miền CS và PS, việc thực thi dịch vụ được điều khiển bởi các ứng dụng phức tạp, làm giảm tính trong suốt tổng thể của dịch vụ. IMS khắc phục vấn đề này bằng cách : Khi một người sử dụng đăng ký vào mạng IMS của nhà khai thác mạng di động (MNO), hồ sơ phục vụ thuê bao SSP (Subscriber Service Profile) của anh ta được CSCF tải về từ HSS. SSP chứa một số lượng rất lớn thông tin liên quan đến dịch vụ của mỗi người sử dụng đầu cuối và cho phép CSCF thực hiện: - Xác định những dịch vụ cần được thực thi, dựa vào việc lọc tham số từ SSP. - Quyết định thứ tự trong đó có nhiều dịch vụ được thực thi (nếu có) - Quyết định địa chỉ của các một hoặc nhiều server ứng dụng sẽ thực thi dịch vụ của người sử dụng đầu cuối yêu cầu. - Thông báo cho các server ứng dụng về thứ tự trong đó những dịch vụ nào sẽ được thực thi trong trường hợp có nhiều dịch vụ cần được thực hiện trong mỗi server ứng dụng. Cho phép các MNO sử dụng IMS như platform cơ sở hạ tầng tái sử dụng bằng cách cho phép chúng điều khiển và quản lý một cách hiệu quả các quá trình lọc, thực thi tương tác dịch vụ.  Kết nối với bên thứ ba: IMS cung cấp kiến trúc chuẩn cho phép triển khai dịch vụ IP tiên tiến. Nhiều loại dịch vụ IMS có thể được phát triển một cách độc lập và tại thời điểm sử dụng các tính năng chung của kiến trúc IMS. Khả năng này cho phép linh Trang-26- hoạt việc tích hợp dịch vụ cũng như hoạt động liên mạng bao gồm cả chức năng roaming tự động. 1.3 CẤU TRÚC IMS THEO TIÊU CHUẨN 3GPP [12] 1.3.1 Kết nối IP Yêu cầu cơ bản đối với một cấu trúc IMS là các thiết bị phải được hỗ trợ kết nối IP để truy nhập hệ thống. Các ứng dụng ngang hàng yêu cầu kết nối đầu cuối (end to end). Mà sự kết nối này có thể dễ dàng đạt được với IP phiên bản 6 (IPv6) trở lên. Vì thế, 3GPP quan tâm, nghiên cứu vấn đề IMS hỗ trợ IPv6 [3GPP TS 23.221]. Tuy nhiên, những hệ thống IMS triển khai trong thời gian đầu vẫn có thể sử dụng ở IPv4. 3GPP đã đưa ra các yêu cầu về phiên bản IP nào sẽ được sử dụng ở IMS trong báo cáo [3GPP TR 23.981]. Kết nối IP có thể đạt được từ mạng thường trú hoặc mạng tạm trú. Trên Hình 1.5 phần bên trái thể hiện trường hợp thiết bị thuê bao (UE) được cấp địa chỉ IP từ một mạng tạm trú. Trong mạng UMTS, phân hệ truy nhập vô tuyến (RAN), Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) và Nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN) nằm trong mạng tạm trú khi một thuê bao chuyển vùng (roamming) đến mạng này. Phần bên phải thể hiện trường hợp UE được cấp địa chỉ IP từ mạng thường trú. Trong mạng UMTS, RAN và SGSN nằm trong mạng tạm trú. Như vậy, chúng ta cần lưu ý rằng thuê bao có thể chuyển vùng và thực hiện kết nối IP với mạng thường trú. Điều này sẽ cho phép thuê bao sử dụng các dịch vụ IMS ngay cả khi họ đang chuyển vùng ở nơi không có mạng IMS nhưng vẫn hỗ trợ kết nối IP. Về lý thuyết thì có thể triển khai một mạng IMS ở một vùng đơn lẻ và dùng việc chuyển vùng GPRS để kết nối khách hàng tới mạng thường trú.. Hình 1.5. Các tùy chọn kết nối IMS khi thuê bao chuyển mạng (roamming).[3] Trang-27- 1.3.1.1 Vấn đề chất lượng dịch vụ đối với các dịch vụ đa phương tiện IP Mạng Internet công cộng thường có trễ lớn và trễ biến thiên, nhiều gói truyền tới không đúng thứ tự và một số gói bị mất hoặc bị loại bỏ. Những vấn đề này sẽ không xảy ra với IMS bởi các UE thỏa thuận các tính năng hoạt động và thông báo các yêu cầu chất lượng dịch vụ QoS của nó khi thiết lập phiên SIP hoặc trong thủ tục sửa đổi phiên. UE có thể thỏa thuận các thông số như:  Loại phương tiện thông tin, hướng của lưu lượng thông tin.  Tốc độ bit tương ứng, kích thước gói, tần suất truyền tải gói.  Cách dùng của tải RTP cho các loại phương tiện thông tin.  Thỏa thuận về băng tần. 1.3.1.2 Điều khiển chính sách IP bảo đảm sử dụng đúng các tài nguyên. Điều khiển chính sách IP là khả năng trao quyền và điều khiển cách dùng lưu lượng kênh mang trong IMS dựa trên các thông số báo hiệu tại phiên IMS. Điều này yêu cầu sự tương tác giữa mạng truy cập kết nối IP và IMS. Sự tương tác này có thể được chia thành 3 loại [3GPP TS 23.228]:  Phần tử chức năng điều khiển chính sách có khả năng thẩm tra các giá trị được thỏa thuận trong báo hiệu SIP. Những giá trị này được dùng khi kích hoạt các kênh mang lưu lượng truyền thông. Điều này cho phép nhà khai thác kiểm tra việc sử dụng hợp lệ các tài nguyên kênh mang (ví dụ địa chỉ nguồn và địa chỉ đích IP và băng tần của kênh mang phải giống như các tham số đó đã sử dụng khi thiết lập phiên SIP).  Phần tử chức năng điều khiển chính sách có thể được thực hiện khi lưu lượng truyền thông giữa các điểm kết cuối của một phiên SIP bắt đầu hoặc kết thúc. Điều này làm giúp ngăn chặn việc sử dụng kênh mang cho tới khi sự thiết lập phiên được hoàn thành, khi ấy cho phép lưu lượng thông tin bắt đầu hoặc kết thúc đồng bộ với sự bắt đầu và kết thúc tính cước cho phiên IMS đó.  Phần tử chức năng điều khiển chính sách có thể nhận được những thông báo khi dịch vụ mạng truy cập kết nối IP bị thay đổi, bị treo hoặc giải phóng các kênh mang của một thuê bao trong một phiên truyền dẫn. 1.3.1.3 An toàn thông tin Bảo mật là yêu cầu cơ bản ở mọi hệ thống thông tin viễn thông không ngoại trừ IMS. IMS có cơ chế nhận thực và cơ chế cấp phép giữa UE và mạng IMS ngoài các thủ tục truy cập mạng (như mạng GPRS). Ngoài ra, tính nhất quán và tùy chọn bảo mật của các bản tin SIP được hỗ trợ giữa UE và mạng IMS và giữa các thực thể mạng IMS đối với bất kể mạng lõi nào (ví dụ: RAN và GPRS). Trang-28- 1.3.1.4 Tính cước Cấu trúc IMS cho phép các chế độ tính cước khác nhau được sử dụng. Bao gồm khả năng tính cước với phần bên chủ gọi hoặc tính cước cho cả bên bị gọi và bên chủ gọi dựa trên các tài nguyên đã sử dụng ở lớp truyền tải. Trường hợp đầu, bên chủ gọi có thể được tính cước hoàn toàn trên mỗi phiên IMS; các tính năng này được hỗ trợ bởi việc sử dụng điểm tham chiếu điều khiển chính sách. 1.3.1.5 Hỗ trợ chuyển vùng Chế độ chuyển vùng IMS liên quan tới cấu hình mạng, khi ấy mạng tạm trú hỗ trợ kết nối IP (ví dụ RAN, SGSN, GGSN) và điểm vào IMS (ví dụ P-CSCF) còn mạng thường trú hỗ trợ các bộ chức năng còn lại của IMS. Lợi thế chính của chế độ chuyển vùng này so với chế độ chuyển vùng GPRS chính là sự tối ưu tài nguyên tại mặt phẳng thuê bao. Chuyển vùng giữa miền IMS và miền CS CN liên quan tới chuyển vùng nội miền giữa IMS và CS. Khi thuê bao không được đăng ký hay không thể phục vụ trong một miền thì phiên truyền dẫn có thể được định tuyến tới miền khác. Hình 1.6 chỉ ra các trường hợp chuyển vùng IMS/CS khác nhau. Hình 1.6. Chuyển vùng luân phiên IMS/CS [3] 1.3.1.6 Phối hợp hoạt động với các mạng khác Để có thể trở thành cấu trúc và công nghệ mạng thông tin thành công, IMS cần có khả năng kết nối với nhiều thuê bao nhất. Do đó, IMS hỗ trợ các thuê bao PSTN, ISDN, thuê bao di động và thuê bao Internet. Ngoài ra, nó sẽ có khả năng hỗ trợ các phiên với ứng dụng Internet hiện đang được phát triển bên ngoài tổ chức 3GPP [3GPP TS 22.228]. Trang-29- 1.3.1.7 Mô hình điều khiển dịch vụ Điều khiển dịch vụ tạm trú trong các mạng di động 2G vẫn đang được sử dụng. Khi thuê bao đang roamming, thực thể trong mạng tạm trú sẽ hỗ trợ các dịch vụ và điều khiển lưu lượng cho thuê bao. Thực thể này ở 2G gọi là trung tâm chuyển mạch di động tạm trú. Ơ đây, điều khiển dịch vụ thường trú sẽ được lựa chọn, nghĩa là các thực thể truy cập tới cơ sở số liệu của thuê bao và tương tác trực tiếp với nền tảng dịch vụ (service platform). Các platform này luôn nằm tại mạng thường trú của thuê bao. 1.3.1.8 Cấu trúc phân lớp 3GPP quyết định dùng cách tiếp cận theo lớp để thiết kế cấu trúc IMS. Các dịch vụ kênh mang và truyền tải được tách biệt so với mạng báo hiệu IMS và các dịch vụ quản lý phiên. Các dịch vụ còn lại chạy trên nền mạng báo hiệu IMS. Hình 1.7 thể hiện mô hình cấu trúc phân lớp. Hình 1.7. Cấu trúc lớp và IMS [3] Cấu trúc phân lớp làm tăng tầm quan trọng của lớp ứng dụng do các dịch vụ được thiết kế để hoạt động độc lập với lớp truy nhập; khi đó IMS có chức năng là cầu nối giữa lớp ứng dụng và lớp truy nhập. Các chức năng liệt kê theo nhóm và chức năng hiển thị được sử dụng như nhau trong IMS khi thuê bao đang sử dụng điện thoại di động hoặc PC để thông tin. 1.3.2 Mô tả mối quan hệ các thực thể và các chức năng trong IMS Mục này phân tích các thực thể IMS và các chức năng cơ bản. Các thực thể chức năng trong IMS có thể chia thành 6 loại cơ bản:  Nhóm quản lý phiên và định tuyến (các thực thể CSCF) Trang-30-  Cơ sở dữ liệu (HSS, SLF)  Dịch vụ (máy chủ ứng dụng, MRFC, MRFP).  Các phần tử chức năng liên mạng (BGCF, MGCF, IMS-MGW, SGW)  Các bộ phận chức năng hỗ trợ (PDF, SEG, THIG)  Tính cước. Các tiêu chuẩn IMS được xây dựng nhằm giúp cho chức năng của các thực thể mạng không cần được mô tả chi tiết. Thay vào đó, tiêu chuẩn mô tả các điểm tham chiếu giữa các thực thể và các chức năng hỗ trợ tại các điểm tham chiếu. Chẳng hạn: cách CSCF lấy số liệu từ các cơ sở dữ liệu. 1.3.2.1 Các thực thể thực hiện chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF) Có ba loại chức năng điều khiển phiên khác nhau: CSCF uỷ quyền (Proxy-CSCF: P- CSCF); CSCF phục vụ (Serving-CSCF: S-CSCF) và CSCF tham vấn (Interrogating-CSCF: I- CSCF). Mỗi CSCF có nhiệm vụ riêng. Thường thì tất cả các CSCF tham gia trong suốt quá trình đăng ký thiết lập phiên và định hình cơ chế định tuyến SIP. Ngoài ra, tất cả các chức năng đều có khả năng gửi số liệu tính cước tới bộ chức năng tính cước offline. Các thực thể P-CSCF và S-CSCF có khả năng giải phóng phiên và kiểm tra nội dung của Giao thức mô tả phiên (SDP) hoặc kiểm tra các loại mã truyền thông trong giao thức này. Khi SDP đang sử dụng không phù hợp với chính sách của nhà khai thác, CSCF từ chối yêu cầu và gửi bản tin thông báo lỗi SIP tới UE. 1.3.2.2 Cơ sở dữ liệu Trong cấu trúc IMS, có 2 hệ thống cơ sở dữ liệu chính: Máy chủ thuê bao thường trú (HSS) và Chức năng định vị đăng ký (SLF). HSS lưu trữ số liệu chính cho tất cả thuê bao và số liệu liên quan tới dịch vụ của IMS. Số liệu chính được lưu trong HSS bao gồm các số nhận thuê bao, thông tin đăng ký, các tham số truy nhập và thông tin lựa chọn dịch vụ [3GPP TS 23.002]. IMS truy nhập các tham số được dùng để tạo lập phiên, các tham số đó bao gồm: nhận thực thuê bao, trao quyền dịch vụ khi chuyển vùng và tên của các S-CSCF đã được phân bổ. Các chức năng của HLR yêu cầu hỗ trợ cho các thực thể miền PS như: SGSN và GGSN. Những chức năng này cho phép, thuê bao có thể truy nhập các dịch vụ trong miền PS. HLR cũng chứa các chức năng hỗ trợ cho các thực thể miền CS như: các MSC hoặc MSC server. AUC lưu trữ khoá bảo mật cho mỗi thuê bao di động, khóa này được dùng để tạo số liệu bảo mật động cho mỗi thuê bao di động - số liệu dùng cho nhận thực mạng và nhận thực Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế (IMSI). Trang-31- SLF là phương tiện cho I-CSCF, S-CSCF và AS sử dụng để tìm địa chỉ của HSS chứa số liệu thuê bao tương ứng với số nhận dạng thuê bao khi nhà khai thác mạng triển khai hệ thống cơ sở dữ liệu gồm nhiều HSS (Hình 1.8). Hình 1.8. Cấu trúc HSS.[3] Các chức năng dịch vụ Theo thiết kế cấu trúc phân lớp IMS, các AS không hoàn toàn là các thực thể IMS, chúng là các chức năng lớp cao nhất ở trên IMS. Tuy nhiên, các AS được mô tả ở đây như thành phần của các chức năng IMS vì các AS là những thực thể hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện trong IMS. AS nằm ở mạng thường trú của thuê bao hoặc ở mạng AS độc lập. Các chức năng chính của AS bao gồm:  Khả năng xử lý và tác động tới phiên SIP thu được.  Khả năng tạo ra các yêu cầu SIP.  Khả năng gửi thông tin thanh toán tới bộ phận tính cước. Khi nhà khai thác có khả năng đề nghị truy nhập tới các dịch vụ dựa trên môi trường dịch vụ (CSE), môi trường dịch vụ CAMEL và cấu trúc dịch vụ mở (OSA) [3GPP TS 23.228], các dịch vụ đó sẽ không bị giới hạn đối với các dịch vụ trên cơ sở SIP. Vì thế, AS là khái niệm dùng để chỉ các AS SIP, các Máy chủ tính năng dịch vụ OSA (SCS) và các Bộ chức năng chuyển mạch dịch vụ đa phương tiện CAMEL IP (IM-SSF). IM-SSF được giới thiệu trong cấu trúc IMS để hỗ trợ các dịch vụ cũ được phát triển trên CSE. Nó giúp các đặc tính mạng CAMEL (các điểm dò tìm trigger, Trạng thái kết thúc chuyển mạch dịch vụ CAMEL...) làm việc cùng với giao diện phần ứng dụng CAMEL. SIP AS là nhà hỗ trợ SIP cơ bản làm chủ một dải rộng các dịch vụ đa phương tiện. SIP AS có thể được dùng để hỗ trợ sự thể hiện, nhắn tin, PoC và các dịch vụ hội nghị. Trang-32- Hình 1.9. Mối quan hệ giữa các loại máy chủ ứng dụng khác nhau. [3] Hình 1.9 thể hiện cấu trúc kết nối các chức năng khác nhau. Các máy chủ SIP AS, OSA AS và IM-SSF sử dụng chung một giao diện với S-CSCF. Một AS có thể được sử dụng để cung cấp chỉ một dịch vụ xác định; thuê bao có thể có nhiều dịch vụ hơn, do đó mỗi thuê bao có thể sử dụng nhiều AS. 1.3.2.3 Các chức năng hoạt động liên mạng IMS có 4 chức năng liên quan đến việc kết nối liên mạng, những chức năng này được sử dụng cho việc trao đổi báo hiệu giữa IMS và CS CN. Để thực hiện việc chuyển đổi, S-CSCF gửi một yêu cầu phiên SIP tới thực thể Chức năng điều khiển cổng thoát (breakout) (BGCF); S-CSCF chọn nơi thực hiện việc breakout trong miền CS. Kết quả của sự lựa chọn xử lý này có thể hoặc là breakout trong cùng một mạng mà có BGCF hoặc là breakout mạng khác. Nếu breakout được thực hiện trong cùng mạng thì BGCF lựa chọn phần tử Chức năng điều khiển cổng vào ra truyền thông (MGCF) để tiếp tục thực hiện phiên truyền dẫn. Nếu breakout xảy ra ở mạng khác thì BGCF chuyển tiếp phiên tới BGCF khác ở trong mạng đã chọn [3GPP TS 23.228]. Hình 1.10. Sự chuyển đổi báo hiệu trong SGW. [3] 1.3.2.4 Các thực thể GPRS Nút hỗ trợ phục vụ GPRS (SGSN) SGSN liên kết RAN với mạng lõi chuyển mạch gói. Nó chịu trách nhiệm thực hiện cả các chức năng điều khiển và các chức năng xử lý lưu lượng cho miền chuyển mạch gói - PS. Trang-33- Phần điều khiển bao gồm hai chức năng chính: quản lý tính di động và quản lý phiên. Quản lý tính di động thực hiện quản lý vị trí và trạng thái của UE và thực hiện nhận thực đồng thời cả thuê bao và UE. SGSN cũng đảm bảo kết nối nhận được QoS phù hợp. Ngoài ra SGSN cũng là nút tạo thông tin tính cước. Nút hỗ trợ cổng vào ra GPRS (GGSN) GGSN hỗ trợ kết nối liên mạng với các mạng số liệu chuyển mạch gói khác. Chức năng cơ bản của GGSN là liên kết UE với các mạng số liệu mở rộng. Mạng số liệu mở rộng có thể là mạng IMS hoặc mạng Internet... Theo cách hiểu khác, GGSN định tuyến các gói IP chứa báo hiệu SIP từ UE đến P-CSCF. 1.3.3 Các điểm tham chiếu IMS Với cấu trúc IMS được mô tả ở Hình 1.3.7, chúng ta có thể thấy các điểm tham chiếu trên nền SIP (ví dụ: vị trí giao thức SIP được sử dụng và các thủ tục chính liên quan). Hình 1.3.7 Cấu trúc IMS với các điểm tham chiếu [3] Khi xem xét các điểm tham chiếu trên Hình 1.3.7, cần lưu ý những vấn đề sau:  Sơ đồ trên không chỉ ra các bộ chức năng liên quan tới tính cước hay các điểm tham chiếu liên quan tới tính cước. o Không chỉ ra các loại AS khác nhau. o Không chỉ ra các kết nối mặt phẳng thuê bao giữa các mạng IMS khác nhau . o Không chỉ ra SEG ở các điểm tham chiếu Mm, Mk, Mw.  Đường chấm gạch giữa các thực thể thể hiện sự liên kết trực tiếp. Trang-34-  Giao diện điều khiển dịch vụ IMS (ISC) và các giao diện Cx, Dx, Mm, Mw kết cuối tại S-CSCF và I-CSCF. 1.3.3.1 Điểm tham chiếu Gm (Điểm tham chiếu giữa một P- CSCF với UE) Điểm tham chiếu Gm kết nối UE với IMS. Điểm tham chiếu này được sử dụng để truyền tải tất cả các bản tin báo hiệu SIP giữa UE và IMS. Các thủ tục ở điểm tham chiếu Gm có thể được chia thành ba loại chính là đăng ký, điều khiển phiên và các giao dịch:  thủ tục đăng ký; UE sử dụng điểm tham chiếu Gm để gửi yêu cầu đăng ký với chỉ định hỗ trợ cơ chế bảo mật cho P-CSCF, thông báo UE về sự kiện mạng khởi tạo việc đăng ký lại hoặc sự kiện mạng khởi tạo nhận thực lại.  Các thủ tục điều khiển phiên chứa các cơ chế điều khiển cho cả phiên khởi tạo từ máy di động và phiên kết cuối tại máy di động..  Các thủ tục giao dịch được dùng để gửi các yêu cầu đơn lẻ (vd: tin nhắn) và để nhận các trả lời cho các yêu cầu qua điểm tham chiếu Gm (giao diện Gm). 1.3.3.2 Điểm tham chiếu Mw (giữa một CSCF với một CSCF khác) Điểm tham chiếu Mw được sử dụng tại giao diện giữa các CSCF khác nhau. Các thủ tục ở điểm tham chiếu Mw được chia thành ba loại: đăng ký, điều khiển phiên và giao dịch:  Ở thủ tục đăng ký, P-CSCF sử dụng điểm tham chiếu Mw để gửi yêu cầu đăng ký từ UE tới I-CSCF. I-CSCF sau đó dùng điểm tham chiếu Mw để đưa yêu cầu tới S- CSCF. Cuối cùng, đáp ứng từ S-CSCF được truyền lại qua điểm tham chiếu Mw.  Các thủ tục điều khiển phiên chứa những cơ chế điều khiển cho cả phiên khởi tạo từ máy di động và phiên kết cuối tại máy di động. Đối với phiên khởi tạo từ máy di động, điểm tham chiếu Mw được dùng để gửi các yêu cầu ở P-CSCF tới S-CSCF và ở S-CSCF tới I-CSCF. Đối với phiên kết cuối tại máy di động, điểm tham chiếu Mw được dùng để gửi các yêu cầu từ I-CSCF tới S-CSCF và từ S-CSCF tới P-CSCF. Điểm tham chiếu này cũng được dùng cho giải phóng phiên ở mạng đã khởi tạo.  Các thủ tục giao dịch được sử dụng để đặt các yêu cầu đơn lẻ (dưới dạng bản tin) và để nhận các trả lời cho các yêu cầu đó qua điểm tham chiếu Mw. Thủ tục giao dịch không tạo ra các hội thoại như thủ tục điều khiển phiên. 1.3.3.3 Điểm tham chiếu điều khiển dịch vụ IMS (ISC) Trong cấu trúc IMS, ISC là điểm tham chiếu để gửi và nhận các thông điệp SIP giữa CSCF và AS. Các thủ tục ISC có thể được chia thành hai loại chính: định tuyến yêu cầu khởi tạo SIP tới AS và các yêu cầu SIP do AS khởi tạo:  Khi S-CSCF nhận được yêu cầu khởi tạo SIP, nó sẽ phân tích các yêu cầu đó. Tuỳ thuộc sự phân tích đó, S-CSCF có thể quyết định định tuyến yêu cầu từ S-CSCF. Trang-35-  AS có thể khởi tạo một yêu cầu (tuỳ theo phản ứng của thuê bao). 1.3.3.4 Điểm tham chiếu Cx Số liệu thuê bao và số liệu dịch vụ được lưu trữ lâu dài ở HSS. Số liệu tập trung này được I-CSCF và S-CSCF sử dụng khi thuê bao đăng ký và thực hiện phiên. Vì thế, điểm tham chiếu Cx nằm giữa HSS và CSCF, giao thức sử dụng là Diameter. Các thủ tục có thể được chia thành ba loại chính: quản lý vị trí, xử lý số liệu, nhận thực thuê. 1.3.3.5 Điểm tham chiếu Dx Điểm tham chiếu Dx luôn được dùng kết hợp với điểm tham chiếu Cx. Giao thức sử dụng ở điểm tham chiếu này dựa trên Diameter. Chức năng của nó được bổ xung thêm ý nghĩa cơ chế định tuyến được hỗ trợ bởi tác nhân định tuyến lại Diameter. Để lấy một địa chỉ HSS, I-CSCF hoặc S-CSCF gửi tới SLF những yêu cầu Cx phục vụ cho HSS. Nhận được địa chỉ HSS từ SLF, I-CSCF hoặc S-CSCF sẽ gửi yêu cầu Cx tới HSS. Hình chỉ ra cách SLF sử dụng để tìm đúng HSS khi I-CSCF nhận được một yêu cầu INVITE và các HSS được triển khai. Hình 1.11. HSS giải pháp sử dụng SLF. [3] 1.3.3.6 Điểm tham chiếu Sh. Điểm tham chiếu Sh dùng giao thức Diameter. Các thủ tục được chia thành hai loại chính: xử lý số liệu và khai báo/thuê dùng số liệu. Bảng 1.1 tổng kết các lệnh Sh đang được dùng. HSS duy trì danh sách các AS cho phép đạt được hay lưu trữ số liệu. Trang-36- Tên lệnh Mục đích Viết tắt Nguồn Đích User-Data- Request/Answer Các lệnh UDR/UDA được dùng để phân phát số liệu thuê bao của mỗi thuê bao. UDR UDA AS HSS HSS AS Profile-Update- Request/Answer Các lệnh PUR/PUA được dùng để cập nhật số liệu trong suốt – số liệu không được phép xử lý bởi trung gian tới HSS PUR PUA AS HSS HSS AS Subscribe- Notification- Request/Answer Các lệnh SNR/SNA được dùng để tạo hoặc hủy một đăng ký. SNR SNA AS HSS HSS AS Push- Notification- Request/Answer Các lệnh PNR/PNA dùng để gửi số liệu đã thay đổi đến AS. PNR PNA HSS AS AS HSS Bảng 1.1 Các lệnh Sh. 1.3.3.7 Điểm tham chiếu Si Khi AS là AS CAMEL (IM-SSF), nó dùng điểm tham chiếu Si để thông tin với HSS. Điểm tham chiếu Si được dùng để truyền tải thông tin thuê bao CAMEL bao gồm các trigger từ HSS tới IM-SSF. Giao thức được sử dụng là MAP (Phần ứng dụng dành cho di động). 1.3.3.8 Điểm tham chiếu Dh Khi các HSS có địa chỉ phân tán hay phức hợp được triển khai trong mạng, AS không thể biết HSS nào mà nó cần lên lạc. Tuy nhiên, AS cần phải liên lạc với SLF trước tiên. Để thực hiện mục đích này, phải cần đến điểm tham chiếu Dh (đã được giới thiệu trong Release 6). Điểm tham chiếu Dh luôn được dùng đồng thời với điểm tham chiếu Sh. Giao thức dùng ở điểm tham chiếu này dựa trên Diameter. Các chức năng của nó được triển khai bằng các biện pháp của các cơ chế định tuyến được hỗ trợ bởi tác nhân enhanced Diameter re-direct. 1.3.3.9 Điểm tham chiếu Mm Điểm tham chiếu Mm cho phép thông tin qua lại giữa các mạng IP đa phương tiện. Nó cho phép I-CSCF nhận yêu cầu phiên từ nhà hỗ trợ SIP khác hay đầu cuối khác. Tương tự, S- CSCF dùng điểm tham chiếu Mm để gửi các yêu cầu IMS UE gốc đến các mạng đa phương tiện khác. Giao thức sử dụng là SIP. 1.3.3.10 Điểm tham chiếu Mg Điểm tham chiếu Mg liên kết chức năng CS, các MGCF với IMS (hay chi tiết hơn, tới I-CSCF). Điểm tham chiếu này cho phép MGCF gửi báo hiệu phiên thu được từ miền CS đến I-CSCF. Giao thức sử dụng cho điểm tham chiếu Mg là SIP. MGCF có trách nhiệm chuyển đổi các báo hiệu ISUP thu được về giao thức SIP. Trang-37- 1.3.3.11 Điểm tham chiếu Mi Khi S-CSCF phát hiện ra một phiên cần được định tuyến tới miền CS, nó dùng điểm tham chiếu Mi để gửi phiên tới BGCF. Giao thức dùng cho điểm tham chiếu Mi là SIP. 1.3.3.12 Điểm tham chiếu Mj Khi BGCF nhận được báo hiệu phiên qua điểm tham chiếu Mi, nó sẽ lựa chọn miền CS mà cần thực hiện breakout. Nếu breakout thực hiện ở cùng một mạng thì nó sẽ gửi phiên tới MGCF qua điểm tham chiếu Mj. Giao thức cho điểm tham chiếu Mj là SIP. 1.3.3.13 Điểm tham chiếu Mk Khi BGCF nhận được báo hiệu phiên qua điểm tham chiếu Mi, nó lựa chọn miền CS có sự xuất hiện breakout. Nếu breakout được thực hiện ở một mạng khác, nó sẽ gửi phiên tới BGCF trong mạng khác ấy qua điểm tham chiếu Mk. Giao thức sử dụng cho điểm tham chiếu Mk là SIP. 1.3.3.14 Điểm tham chiếu Mn Giao diện Mn là điểm tham chiếu điều khiển giữa MGCF và IMS-MGW. Giao diện Mn điều khiển mặt phẳng thuê bao giữa truy nhập IP với IMS-MGW (điểm tham chiếu Mb). Nó cũng điều khiển mặt phẳng thuê bao giữa truy nhập CS (giao diện Nb và giao diện TDM) và IMS-MGW. Giao diện Mn dựa trên H.248 và liên quan tới giao diện Mc theo danh nghĩa để điều khiển CS-MGW. Sự khác biệt giữa hai giao diện này đó là: giao diện Mn giới thiệu những thủ tục H.248 mới cho việc sử lý truy nhập kết đầu cuối IP và một số thủ tục cho việc sử dụng kết cuối CS. H.248 được dùng cơ bản để thực hiện các tác vụ sau:  Dự trữ và kết nối các kết cuối;  Kết nối hay giải phóng báo hiệu lại cho kết cuối;  Kết nối hoặc giải phóng âm tần và thông báo với kết cuối;  Gửi/nhận đa âm DTMF (ghép tần song âm). 1.3.3.15 Điểm tham chiếu Ut Điểm tham chiếu Ut là điểm tham chiếu giữa UE và AS. Nó cho phép thuê bao quản lý và cấu hình một cách an toàn các dịch vụ mạng của họ liên quan tới thông tin thuê tại AS. Thuê bao có thể sử dụng điểm tham chiếu Ut để tạo các số nhận dạng dịch vụ công cộng (PSI), như tạo danh sách các tài nguyên dịch vụ và quản lý các chính sách trao quyền dùng dịch vụ. Giao thức truyền siêu văn bản (HTTP) là giao thức số liệu được lựa chọn cho điểm tham chiếu Ut. Điểm tham chiếu này được chuẩn hoá ở Release 6. Cách dùng điểm tham chiếu Ut được mô tả chi tiết ở Release 8. Trang-38- 1.3.3.16 Điểm tham chiếu Mr Khi S-CSCF cần kích hoạt các dịch vụ liên quan tới kênh mang, nó đặt báo hiệu SIP tới MRFC qua điểm tham chiếu Mr. Chức năng của điểm tham chiếu Mr chưa hoàn toàn được chuẩn hóa: nó chưa thể phân loại cách S-CSCF khai báo cho MRFC thực hiện một thông báo một cách rõ ràng. Giao thức được dùng ở điểm tham chiếu Mr là SIP. 1.3.3.17 Điểm tham chiếu Mp Khi MRFC cần điều khiển các luồng truyền thông (ví dụ, để tạo kết nối cho truyền thông hội nghị hoặc để dừng truyền thông trong MRFP) nó sử dụng điểm tham chiếu Mp. Tuy nhiên, các dịch vụ IMS có thể yêu cầu thêm các mở rộng. Điểm tham chiếu này chưa được chuẩn hoá trong Release 5 hay Release 6. 1.3.3.18 Điểm tham chiếu Go Các thủ tục Go có thể chia thành hai loại chính:  Trao quyền truyền thông: điểm thực hiện chính sách (PEP) (ví dụ GGSN) dùng điểm tham chiếu Go để xác nhận sự kích hoạt kênh mang đã yêu cầu có thể được PDF chấp nhận hay không, PDF đó hoạt động như một điểm quyết định chính sách (PDP). PEP cũng dùng điểm tham chiếu Go để thông báo cho PDP về sự thay đổi kênh mang cần thiết và sự giải phóng kênh mang.  Sự tương quan tính cước - qua điểm tham chiếu Go, IMS có thể đặt một số nhận dạng tính cước IMS (ICID) đến mạng GPRS (mặt phẳng thuê bao). Mạng GPRS có thể đặt số nhận dạng tính cước GPRS đến IMS. Điều này cho phép tích hợp tính cước GPRS và tính cước IMS tại cùng một hệ thống. 1.3.3.10 Điểm tham chiếu Gq Mỗi PDF độc lập tận dụng điểm tham chiếu Gq để truyền tải thông tin tạo lập chính sách giữa bộ chức năng ứng dụng và PDF. Trong IMS, P-CSCF giữ vai trò như chức năng ứng dụng. Điểm tham chiếu này được chuẩn hoá trong Release 6 và giao thức sử dụng là Diameter. P-CSCF gửi thông tin chính sách (về mọi bản tin SIP bao gồm tải SDP) tới PDF. Điều đó khẳng định PDF đặt thông tin phù hợp để thực hiện trao quyền truyền thông cho tất cả các phiên IMS tạo lập các kịch bản. P-CSCF hỗ trợ thông tin theo chính sách liên quan, đến PDF để những thông tin ấy được sử dụng ở SBLP [3GPP TS 23.207, 29.207, 29.209]. Ngoài ra, P- CSCF có thể yêu cầu PDF loại bỏ các tài nguyên đã trao quyền từ trước. PDF dùng điểm tham chiếu Gq để cấp phát thẻ trao quyền, số nhận dạng tính cước GPRS, địa chỉ IP của GGSN và hoàn thành các yêu cầu khác từ P-CSCF. Trang-39- Với những kiến thức về điểm tham chiếu Gq được chuẩn hoá trong Release 6, chương 1 của Luận văn kết thúc tại đây. Chương 2 sẽ được trình bày với các nội dung chính về: - Đăng ký, nhận thực, tính cước trong IMS. - Bảo mật trong IMS. - Quản lý phiên truyền dẫn trong IMS. Trang-40- Chương 2. MỘT SỐ CHỨC NĂNG IMS TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 2.1 ĐĂNG KÝ, NHẬN THỰC VÀ TÍNH CƯỚC (AAA) TRONG IMS 2.1.1 Đăng ký Khái quát sự đăng ký Hình 2.1. Quá trình đăng ký. [9] UE muốn sử dụng một dịch vụ trong IMS thì trước hết nó phải tìm được một P-CSCF (*) và đăng ký để đạt được kênh mang kết nối IP với P-CSCF đó. Trường hợp truy nhập GPRS, UE thực hiện thủ tục liên lạc với GPRS và thực hiện thủ tục PDP Context (Packet Data Protocol ** ) cho báo hiệu SIP. Sự đăng ký IMS gồm hai giai đoạn (phía trái hình 2.1 là giai đoạn đầu – chỉ cách mạng truy vấn UE, bên phải hình 2.1 chỉ ra giai đoạn 2 – cách UE phản hồi sự truy vấn đó và hoàn thành sự đăng ký). Đầu tiên, UE gửi một yêu cầu SIP REGISTER đến P-CSCF (đã tìm được ở thủ tục tìm kiếm P-CSCF). Yêu cầu này chứa một nhận dạng cần được đăng ký và một tên miền thường trú (hoặc địa chỉ của I-CSCF). Sau khi chọn được S-CSCF, I-CSCF chuyển tiếp yêu cầu REGISTER cho S-CSCF. S-CSCF sẽ nhận ra User đó chưa được trao quyền và vì thế S- CSCF gọi dữ liệu nhận thực về User đó từ HSS (Hình 2.1 và mục 1.3.3 - giao diện Cx, Dx) và chấp vấn User bằng bản tin phản hồi 401 Unauthorized (không cho phép) . Trang-41- Hình 2.2. I-CSCF tìm S-CSCF [9] Tiếp theo, UE sẽ phản hồi bằng cách gửi yêu cầu REGISTER khác đến P-CSCF. P- CSCF sẽ tìm ra I-CSCF và I-CSCF sẽ tìm ra S-CSCF. Cuối cùng S-CSCF kiểm tra phản hồi (REGISTER đó) của UE, nếu nó đúng với các mô tả thuộc tính User tải về từ HSS thì S- CSCF sẽ chấp nhận đăng ký và phản hồi UE một bản tin 200 OK (đồng thời nó cũng thông báo với HSS về sự nhận thực và trao quyền này bằng bản tin SAR, xem mục 1.3.3.4- Tham chiếu Cx). Khi UE đăng ký thành công, nó có thể khởi tạo và nhận được các phiên. Trong thủ tục đăng ký, cả UE và P-CSCF sẽ nghiên cứu xem S-CSCF nào trong mạng sẽ phục vụ UE. Những phản hồi của UE sẽ giúp duy trì sự đăng ký. Hình 2.3. Sự đăng ký IMS [9] (*) Dò tìm điểm vào mạng IMS P-CSCF – tức là UE cần có được địa chỉ IP của P-CSCF. Theo 3GPP thì có hai cơ chế để đạt được địa chỉ IP này: thủ tục DHCP DNS (Dynamic Host Configuration Protocol's Domain Name System) và thủ tục GPRS. Thủ tục GPRS (hình 2.4), UE đặt cờ yêu cầu địa chỉ P-CSCF trong yêu cầu kích hoạt PDP Context (hoặc trong yêu cầu kích hoạt PDP Context thứ cấp) và UE sẽ nhận được địa chỉ IP của P-CSCF trong bản tin phản hồi (hoặc các địa chỉ IP nếu có nhiều P-CSCF nhận Trang-42- được yêu cầu kích hoạt này) (3 GPP TS 24.008 để biết thêm cấu hình giao thức truyền thông tin yêu cầu này). Cơ chế mà GGSN lấy được địa chỉ IP của P-CSCF vẫn chưa được chuẩn hóa, nó không hoạt động đối với các GGSN tiền phiên bản 5. Hình 2.4. Dò tìm P-CSCF bằng cơ chế GPRS. [3] Thủ tục DHCP DNS (hình 2.5), UE gửi một truy vấn DHCP đến mạng truy nhập kết nối IP (ví dụ GPRS). Theo RFC3319 và RFC3315, UE có thể yêu cầu một danh sách các tên miền SIP Server của các P-CSCF hoặc yêu cầu một danh sách các địa chỉ IPv6 SIP Server của các P-CSCF. Khi các tên miền được gửi lại UE, thì UE cần thực hiện truy vấn DNS (NAPTR/SRV) để tìm ra một địa chỉ IP của P-CSCF. Hình 2.5. Dò tìm P-CSCF bằng cơ chế thông thường – DHCP DNS. [3] (**) PDP - có 4 thủ tục đối với PDP Context: Kích hoạt PDP Context sơ cấp (thủ tục tạo kết nối logic theo QoS từ UE tới GGSN), được khởi tạo bởi UE để kích hoạt trạng thái quản lý phiên, từ đó UE sẽ nhận được địa chỉ IP và các tài nguyên vô tuyến. Sau khi kích hoạt PDP Context cơ sở, UE có thể gửi các gói IP qua môi trường vô tuyến. Kích hoạt PDP Context thứ cấp cho phép thuê bao thiết lập PDP Context thứ cấp với cùng địa chỉ IP như đã đạt được từ kích hoạt PDP Context sơ cấp. Hai Context này có thể có các đặc tính QoS khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng mà có các yêu cầu QoS phù hợp. Sửa đổi PDP Context là thủ tục mà UE, SGSN hoặc GGSN khởi tạo cho việc cập nhật PDP Context. Mạng truy nhập vô tuyến có thể yêu cầu thủ tục này ví dụ khi mất sóng với UE. Vô hiệu PDP Context là thủ tục dùng để xóa kết nối logic giữa UE và GGSN. Nó có thể được khởi tạo bởi UE, SGSN, HLR hoặc GGSN. Trang-43- 2.1.2. Nhận thực Hình 2.2 ở trên mô tả về quá trình đăng ký, trong đó bao hàm cả sự nhận thực user. Khi S-CSCF nhận được yêu cầu REGISTER đăng ký, nó tải về vector nhận thực AV (authentication vector) từ HSS (bằng cách gửi SAR đến HSS và nhận về SAA, đã đề cập ở mục 2.1.1). AV chứa RAND (chuỗi số ngẫu nhiên), XRES (kết quả so sánh với RES từ UE), AUTN (network authentication token), IK (integrity key) và CK (ciphering key). S-CSCF sẽ phản hồi bằng cách gửi 401 Unauthorized chứa RAND, AUTN, IK và CK trở lại phía UE. P-CSCF nhận được phản hồi này, nó sẽ xóa IK và CK rồi gửi phản hồi đến UE. IK được dùng cho việc kết hợp bảo mật giữa P-CSCF và UE (trình bầy trong vấn đề quản lý phiên). Sau khi nhận được 401 Unauthoried, UE thẩm tra AUTN dựa trên IK và SQN có trong ISIM. Sự thẩm tra AUTN thành công đồng nghĩa với việc mạng được nhận thực (đảm bảo dữ liệu nhận thực nhận được đúng từ mạng thường trú của UE). UE thực hiện tính toán RES (authentication challenge response) dựa trên CK và RAND, rồi gửi RES ở yêu cầu REGISTER thứ cấp lại cho S-CSCF. S-CSCF sẽ thực hiện so sánh XRES nhận được từ HSS với RES nhận được từ UE, nếu thành công thì UE được nhận thực và tiếp tục thực hiện các thủ tục khác (các tham số nhận thực sẽ được nằm trong các bản tin khác cho đến khi kết thúc dịch vụ). 2.1.3. Vấn đề tính cước: IMS hỗ trợ cả việc tính cước offline và online. Cấu trúc tính cước offline Hình 2.6. Cấu trúc tính cước offline IMS [3] Phần tử chức năng trung tâm của cấu trúc tính cước offline là CCF (Charging Collection Function). CCF nhận các thông tin tài khoản từ các thực thể IMS qua giao diện Rf (điểm tham chiếu Rf), xử lý các dữ liệu nhận được thành dạng bản ghi dữ liệu cước CDR (Charging Data Record). CDR sẽ được gửi đến hệ thống lập hóa đơn. CCF có các chức năng chính: Trang-44-  Thu thập thông tin tài khoản từ các thực thể IMS và tạo thông tin tính cước theo định dạng CDR phù hợp.  Gửi CDR đến hệ thống tính cước lập hóa đơn.  Lưu trữ tạm thời CDR nếu hệ thống tính cước lập hóa đơn đang bận. CCF có thể được triển khai tập trung hay phân tán hoặc là chức năng tích hợp trong các thực thể IMS. CGF – Charging Gateway Funtion cung cấp cơ chế truyền thông tin tính cước từ SGSN và GGSN đến các hệ thống tính cước đã được nhà khai thác mạng chọn. Hệ thống tính cước (Billing system) có nhiệm vụ tạo các hóa đơn để gửi tới thuê bao hàng tháng. Điểm tham chiếu Rf Thông tin tính cước được gửi từ các thực thể IMS đến CCF nhờ các yêu cầu Diameter Accounting (ACR) qua giao diện Rf. Tất cả các thực thể liên quan đến quản lý phiên (ví dụ I- CSCF) gửi các Session ACR (được gửi thông báo về trạng thái bắt đầu, chuyển tiếp, kết thúc phiên ở các CDR). Các thực thể liên quan đến việc điều khiển phiên (như MRFC) gửi các Event ACR (gửi thông báo chung). Bất cứ khi nào nhận được SIP 200 OK hoặc MRFC nhận được ISUP answer, thì ACR start được gửi đến CCF. Và bất cứ khi nào nhận được SIP BYE hoặc MGCF nhận được ISUP Release, thì ACR stop được gửi đến CCF. Bảng 2.1. Bảng tham chiếu các bản tin tính cước offline Tên lệnh Mục đích Viết tắt Nguồn Đích Yêu cầu tính cước ACR được sử dụng để báo cáo/dừng thông tin tính cước tới CCF ACR S-CSCF, I-CSCF, P-CSCF, MRFC, MGFC, BGCF, AS CCF Trả lời tính cước ACA được sử dụng để xác nhận ACR và báo cáo kết quả ACA CCF S-CSCF, I-CSCF, P-CSCF, MRFC, MGCF, BGCF, AS Điểm tham chiếu Bi CCF dùng Bi để truyền các CDR đến hệ thống tính lập hóa đơn. Giao diện này dùng giao thức FTP trên nền TCP/IP [3GPP TS 32.225] do vậy có thể truyền các CDR khác nhau qua Bi. Các loại CDR: S-CSCF—CDR, I-CSCF—CDR, P-CSCF—CDR, BGCF—CDR, MGCF—CDR, MRFC—CDR, AS—CDR. Cấu trúc tính cước online S-CSCF, AS và MRFC là các thực thể thực hiện việc tính cước online. AS và MRFC dùng điểm tham chiếu Ro, S-CSCF dùng điểm tham chiếu ISC (IMS Server Control) để thông tin với hệ thống tính cước online OCS. Trang-45- Hình 2.7: Hệ thống tính cước online trong IMS. [3] Event Charging Function (ECF) Khi UE yêu cầu gì từ AS hay MRFC, AS hay MRFC liên lạc với ECF qua giao diện Ro trước khi cấp phát dịch vụ cho UE (AS hoặc MRFC nhận được địa chỉ của ECF từ S- CSCF cấp tại mào đầu P-Charging-Function-Address). Ở IMS Release 5 thì AS hoặc MRFC liên lạc với ECF bằng ACR và ACA, còn Release 6 thì AS hoặc MRFC liên lạc với ECF bằng CCR (Credit Control Request) và CCA (Credit Control Answer) ECF hỗ trợ hai chế độ trao quyền khác nhau: tính cước sự kiện ngay lập tức và tính cước sự kiện dành riêng. Ở chế độ tính cước sự kiện ngay lập tức (IEC – Immediate Event Charging), ECF dùng Rating Function để tìm bảng giá phù hợp cho sự kiện. Sau khi tìm được bảng giá và tính giá, ECF sẽ trừ đi một lượng tiền trong tài khoản của User và cấp cho AS hoặc MRFC các ACRs tương ứng. Ở chế độ tính cước sự kiện với đơn vị rành riêng (ECUR – Event Charging with Unit Reservation), ECF dùng Rating Function để xác định giá của dịch vụ muốn dùng theo thông tin dịch vụ. Sau đó ECF dự trữ một lượng tiền trong tài khoản của User và trả lại UE lượng tài nguyên tương ứng ở AS hoặc MRFC. Session Charging Function (SCF) SCF thực hiện tính cước theo sự sử dụng tài nguyên phiên, dựa trên các yêu cầu đã nhận được từ S-CSCF qua điểm tham chiếu ISC. SCF có thể điều khiển sự thiết lập phiên bằng cách cho phép hoặc từ chối yêu cầu thiết lập phiến sau khi kiểm tra tài khoản của User. SCF có thể kết thúc phiên đang tồn tại khi tài khoản của User đã cạn. SCF hỗ trợ chế độ tính cước sự kiện với đơn vị dự trữ. Kênh mang Charging Function (CF) SGSN dùng điểm tham chiếu liên quan tới CAMEL AP (CAP) cho việc yêu cầu sự chấp thuận cho dùng kênh mang từ BCF. BCF điều khiển cách dùng kênh mang. Điểm tham chiếu Ro AS và MRFC dùng các bản tin ACR và ACA của giao thức DIAMETER cho việc gửi thông tin tài khoản online qua điểm tham chiếu Ro đến ECF. Khi AS hoặc MRFC áp dụng chế độ tính cước sự kiện trực tiếp, một ACR event được dùng để ghi thông tin tài khoản tới ECF; Ở Trang-46- chế độ thư hai, ACR Start, Interim và Stop được dùng cho dữ liệu tài khoản liên quan tới các phiên SIP không thành công. Tên Lệnh Mục đích Viết tắt Nguồn Đích Accounting - Request ACR được sử dụng để thông báo hoặc ngừng thông tin tính cước tới CCF ACR MRFC, AS ECF Accounting - Answer ACA được sử dụng để xác nhận ACR và thông báo kết quả ACA ECF MRFC, AS Bảng 2.2. Bảng tham chiếu các bản tin tính cước online 2.2 BẢO MẬT TRONG IMS Bảo mật trong IMS được chia thành hai loại: bảo mật cho truy nhập và bảo mật cho mạng. Bảo mật cho truy nhập gồm nhận thực user và nhận thực mạng, và sự bảo vệ cho lưu lượng giữa đầu cuối IMS và mạng. Bảo mật mạng giải quyết cho vấn đề bảo mật lưu lượng giữa các nút mạng (có thể giống nhau đối với các mạng khác nhau). 2.2.1 Bảo mật cho sự truy nhập Một User truy nhập mạng IMS cần phải được nhận thực và trao quyền trước khi dùng một dịch vụ IMS nào. Khi User được trao quyền, chúng bảo vệ lưu lượng SIP giữa UE và P- CSCF nhờ cơ chế kết hợp bảo mật IPsec. Sự thiết lập kết hợp bảo mật: P-CSCF và đầu cuối thiết lập hai kết hợp bảo mật IPsec. Thực hiện hai sự kết hợp này cho phép các đầu cuối P-CSCF dùng UDP để nhận các phản hồi cho một yêu cầu (số hiệu port nằm trong mà đầu Via của yêu cầu) trên một port khác với port được dùng cho việc gửi yêu cầu (do có hai port nên cần hai sự kết hợp bảo mật). Hoặc theo cách khác, P-CSCF dùng cùng một kết nối TCP để gửi và nhận yêu cầu và phản hồi. Trong cả hai trường hợp, sự kết hợp bảo mật được thiết lập từ port client-protected của đầu cuối đến port server-protected của P-CSCF và ngược lại, sự kết hợp bảo mật này sẽ hỗ trợ bảo mật cho lưu lượng theo cả hai hướng. Hình 2.8. Sự kết hợp bảo mật dùng trên UDP [3] Trang-47- Hình 2.9. Sự kết hợp bảo mật dùng trên TCP [3] Sau khi yêu cầu sơ cấp lên tới S-CSCF để thực hiện việc nhận thực, S-CSCF sẽ gửi lại phản hồi 401 Unauthorized (chứa các tham số cần thiết cho sự kiểm tra nhận thực như IK, CK, AUTN và RAND) lại phía UE. 2.2.2 Bảo mật mạng Bảo mật mạng được dùng cho việc bảo mật lưu lượng giữa các miền mạng khác nhau. Tất cả lưu lượng tới hoặc đi khỏi miền bảo mật đều phải qua cổng bảo mật SEG (Security Gateway). Lưu lượng từ một miền mạng đến một miền mạng khác phải qua hai SEG (hình 2.10). Hình 2.10. Lưu lượng qua hai cổng bảo mật [3] Lưu lượng giữa các SEG được bảo vệ bằng việc dùng IPsec ESP (Encapsulated Security Payload định nghĩa trong RFC 2406 ) hoạt động ở chế độ ngầm. Sự kết hợp bảo mật giữa các SEG được thiết lập và được duy trì nhờ dùng IKE (Internet Key Exchange định nghĩa trong RFC 2409 . Có hai loại giao diện giữa các SEG: giao diện Za giữa các SEG thực hiện truyền lưu lượng giữa các miền mạng khác nhau, và Zb giữa các SEG nội miền (hình 2.11). Hình Hình 2.11. Các giao diện bảo mật mạng [3] Trang-48- 2.2.3 Một số khái niệm chi tiết liên quan đến bảo mật Khi Server nhận được một yêu cầu từ Client, nó sẽ mời Client cung cấp các khả năng của Client trong miền mạng (Client sẽ cung cấp tên và các chứng thực rằng Client cũng đã biết Share Secret - như password chẳng hạn). Chính vì thế cần mật mã các thông tin này khi truyền giữa Client và Server. Client dùng digest có thể chứng thực các thông tin bí mật đó mà không cần gửi qua mạng. TLS - bảo mật lớp truyền tải TLS (Transport Layer Security, định nghĩa trong RFC 2246 ) dựa trên SSL (Secure Socket Layer). SSL được thiết kế cho việc bảo vệ thông tin web và được triển khai trong hầu hết các trình duyệt Internet. TLS tổng quát hơn SSL, nó có thể được dùng để bảo vệ bất cứ loại kết nối nào. Vì thế TLS được dùng để bảo vệ lưu lượng SIP. TLS có hai lớp: lớp bắt tay (TLS handshake) và lớp bản ghi (TLS record). TLS handshake thực hiện nhận thực các thực thể ngang hàng, nó dùng các khóa công cộng và các chứng chỉ (Certifỉcate - hay khoá để hiểu TLS và S/MINE), thuật toán để tạo mã bảo mật truyền dữ liệu, hay còn gọi là khoá bảo mật. TLS record thực hiện mã hóa dữ liệu. Nó dùng thuật toán mã hóa đối xứng có khóa được tạo từ giá trị được lớp handshake cung cấp. Hình 2.12. Thiết lập kết nối TLS [9] S/MINE Khi UE muốn chuyển các thông t