Đồ án Phân hệ IMS trong kiến trúc NGN

Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục Nguyễn Văn Quân (A), D2001VT a MỤC LỤC MỤC LỤC ............................................................................................................................ a CÁC KÍ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT ...................................................................................... i MỞ ĐẦU .............................................................................................................................. 1 CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU CHUNG ................................................................................... 3 1.1 Xu hướng phát triển dịch vụ và mạng viễn thông .................................. 3 1.2 Nội dung và phạm vi đồ án ...................................................................... 5 CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC NGN VÀ PHÂN HỆ IMS ....................................................... 8 2.1 Kiến trúc NGN .............................................................................................. 8 2.1.1 Mạng viễn thông hiện nay ....................................................................... 8 2.1.2 Mạng viễn thông trên con đường tiến tới NGN ....................................... 9 2.2 Phân hệ IMS trong kiến trúc NGN ............................................................ 13 2.2.1 Tổng quan IMS ..................................................................................... 13 2.2.2 Chức năng các phần tử trong IMS ......................................................... 16 2.2.3 Các giao diện trong IMS ....................................................................... 22 2.3 IMS của một số tổ chức tiêu chuẩn khác................................................... 23 CHƯƠNG 3: GIAO DIỆN GIỮA IMS VÀ CÁC PHẦN TỬ KHÁC TRONG NGN ...... 27 3.1 Thủ tục đăng kí mức ứng dụng .................................................................. 27 3.1.1 Luồng thông tin đăng kí với người dùng chưa đăng kí ........................... 27 3.1.2 Luồng thông tin đăng kí lại cho người dùng đã đăng kí ......................... 29 3.2 Thủ tục xóa đăng kí mức ứng dụng ............................................................ 32 3.2.1 Xóa đăng kí khởi tạo di động ................................................................ 32 3.2.2 Xóa đăng kí khởi tạo mạng .................................................................... 33 3.3 Các thủ tục liên quan đến phiên đa phương tiện IP .................................. 39 3.3.1 Kĩ thuật thiết lập mạng mang ................................................................ 39 3.3.2 Phân phối thông tin và sự kiện .............................................................. 41 3.4 Tổng quan về các thủ tục luồng phiên ........................................................ 42 3.5 Thủ tục từ S-CSCF/ MGCF tới S-CSCF/ MGCF. ..................................... 45 3.5.1 (S-S#1) Các nhà khai thác mạng khác nhau thực hiện khởi tạo và kết thúc ...................................................................................................................... 45 3.5.2 (S-S#2) Một nhà khai thác mạng thực hiện khởi tạo và kết cuối ............ 49 3.5.3 (S-S#3) Khởi tạo phiên với đầu cuối PSTN trong cùng mạng với S-CSCF ...................................................................................................................... 52 3.5.4 (S-S#4) Khởi tạo phiên với đầu cuối PSTN ở mạng khác với S-CSCF .. 54 Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục Nguyễn Văn Quân (A), D2001VT b 3.6 Thủ tục khởi tạo .......................................................................................... 56 3.6.1 (MO#1) Khởi tạo di động, chuyển mạng ............................................... 57 3.6.2 (MO#2) Khởi tạo di động, mạng nhà ..................................................... 61 3.6.3 (PSTN-O) Khởi tạo PSTN ..................................................................... 63 3.7 Thủ tục kết cuối ........................................................................................... 65 3.7.1 (MT#1) Kết cuối di động, chuyển mạng ................................................ 66 3.7.2 (MT#2) Kết cuối di động, mạng nhà ..................................................... 70 3.7.3 (MT#3) Kết cuối di động, chuyển mạng miền chuyển mạch kênh ......... 73 3.7.4 (PSTN-T) Kết cuối PSTN ..................................................................... 74 3.8 Thủ tục liên quan đến truy vấn thông tin định tuyến ................................ 76 3.8.1 Nhận dạng người dùng tới giải đáp HSS ............................................... 76 3.8.2 Đăng kí trên SLF ................................................................................... 77 3.8.3 Mời UE trên SLF .................................................................................. 78 3.9 Thủ tục giải phóng phiên ............................................................................ 79 3.9.1 Đầu cuối di động khởi tạo giải phóng phiên .......................................... 79 3.9.2 PSTN khởi tạo giải phóng phiên ............................................................ 81 3.9.3 Mạng khởi tạo giải phóng phiên ............................................................ 83 3.10 Thủ tục cho phép các dịch vụ đa phương tiện tiên tiến ........................... 89 3.10.1 Các thủ tục chiếm và giữ phiên ........................................................... 89 3.10.2 Các thủ tục để mã hóa và thương lượng các đặc điểm truyền thông ..... 93 3.10.3 Thủ tục nhận dạng chủ gọi ................................................................ 105 3.10.4 Các thủ tục chuyển hướng phiên ....................................................... 108 3.11 Các thủ tục phiên kết cuối di động với thuê bao chưa biết ................... 120 3.11.1 Xác định thuê bao chưa biết trong HSS ............................................. 120 3.11.2 Xác định thuê bao chưa biết trong SLF ............................................. 121 TỔNG KẾT ĐÁNH GIÁ CUỐI CÙNG .......................................................................... 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 123 Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt Nguyễn Văn Quân (A), D2001VT i CÁC KÍ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT KÍ HIỆU: Cx Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một HSS Dx Điểm tham chiếu giữa một I-CSCF với một SLF Gi Điểm tham chiếu giữa GPRS với một mạng dữ liệu gói bên ngoài Gm Điểm tham chiếu giữa một P- CSCF với UE ISC Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một server ứng dụng Iu Giao diện giữa RNC với mạng lõi. Nó cũng được coi như một điểm tham chiếu Mb Điểm tham chiếu đến các dịch vụ IPv6 Mg Điểm tham chiếu giữa một MGCF với một CSCF Mi Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một BGCF Mj Điểm tham chiếu giữa một BGCF với một MGCF Mk Điểm tham chiếu giữa một BGCF với một BGCF khác Mm Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một mạng đa phương tiện IP Mr Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một MRCF Mw Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một CSCF khác Sh Điểm tham chiếu giữa một AS với một HSS Si Điểm tham chiếu giữa một IM-SSF với một HSS Ut Điểm tham chiếu giữa UE và một server ứng dụng (AS) TỪ VIẾT TẮT: Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AMR Adaptive multi rate Thích ứng đa tốc độ API Application program interface Giao diện lập trình ứng dụng AS Application Server Server ứng dụng BCSM Base call state model Mô hình trạng thái cuộc gọi gốc BG Border gateway Cổng biên Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt Nguyễn Văn Quân (A), D2001VT ii BGCF Breakout gateway controll funtion Chức năng điều khiển cổng ngăn cản BS Bearer service Dịch vụ mang CAMEL Customised application mobile enhanced logic Những lập luận để nâng cao tính di động ứng dụng cho khách hàng CAP Camel application part Phần ứng dụng camel CDR Charging data record Đoạn dữ liệu tính cước CN Core network Mạng lõi CS Circuit switched Chuyển mạch kênh CSCF Call session control function Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi CSE Camel service environment Môi trường dịch vụ camel DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình host động DNS Domain Name System Hệ thống tên miền GGSN Gateway GPRS Support Node Node hỗ trợ GPRS cổng HSS Home subscriber server Server thuê bao nhà I-CSCF Interrogating – CSCF CSCF – truy vấn IETF Internet Engineering Task Force Nhóm đặc trách kĩ thuật internet IM IP multimedia Đa phương tiện IP IM CN SS IP multimedia core network subsystem Phân hệ mạng lõi đa phương tiện IP IMSI International mobile subscriber identifier Nhận dạng thuê bao di động toàn cầu IMS IP Multimedia subsystem Phân hệ đa phương tiện IP IP Internet Protocol Giao thức internet IP-CAN IP-Connectivity Access Network Mạng truy nhập kết nối IP ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số dịch vụ tích hợp ISIM IMS SIM Modul nhận dạng thuê bao IMS MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động MGCF Media Gateway Control Function Chức năng điều khiển cổng phương tiện MGF Media Gateway Function Chức năng cổng phương tiện OSA Open services architecture Kiến trúc dịc vụ mở Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt Nguyễn Văn Quân (A), D2001VT iii P-CSCF Proxy – CSCF CSCF-thể quyền PCF Policy control function Chức năng điều khiển hợp đồng PDN Packet Data Network Mạng dữ liệu gói PDP Packet data protocol Giao thức dữ liệu gói PEF Policy enforcement function Chức năng thúc ép hợp đồng PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng PSI Public Service Identity Nhận dạng dịch vụ chung SCS Service Capability Server Server có khả năng phục vụ SGSN Serving GPRS Support Node Node hỗ trợ GPRS phục vụ SLF Subscription Locator Function Chức năng định vị thuê bao SSF Service Switching Function Chức năng chuyển mạch dịch vụ SGW Signalling Gateway Cổng báo hiệu URL Universal Resource Locator Vị trí tài nguyên toàn cầu USIM UMTS SIM Modul nhận dạng thuê bao UMTS RAB Radio access bearer Mang truy nhập vô tuyến SCS Service capability server Server có thể phục vụ S – CSCF Serving – CSCF CSCF – phục vụ SLF Subscriber locator function Chức năng vị trí thuê bao SIM Subsciber identifier modul Khối nhận dạng thuê bao SIP Session initiation protocol Giao thức khởi tạo phiên SGW Signalling gateway Cổng báo hiệu THIG Topology hiding interwork gateway Cổng tương tác ẩn giao thức UE User Equipment Thiết bị người dùng UMTS Universal mobile telecommunication system Hệ thống thông tin di động toàn cầu Đồ án tốt nghiệp đại học Mở đầu Nguyễn Văn Quân (A), D2001VT 1 MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển của xã hội là nhu cầu thông tin ngày càng đòi hỏi cấp bách đối với cuộc sống con người. Hiện tại và trong thời gian tới nhu cầu phát triển các loại hình dịch vụ thoại, phi thoại, Internet và đặc biệt là các loại hình dịch vụ băng rộng ngày một tăng và không thể tách rời đời sống xã hội. Để thỏa mãn nhu cầu đó mạng viễn thông đòi hỏi phải có cấu trúc hiện đại linh hoạt và nhất là thỏa mãn mọi nhu cầu về dịch vụ đa phương tiện. Mạng phải có tổ chức đơn giản nhưng có nhiều chức năng. Mạng, dịch vụ và đầu cuối phải được tích hợp thì mới có khả năng cung cấp dịch vụ băng rộng đa phương tiện cho khách hàng. Thực tế mạng viễn thông hiện nay đã có một bước tiến dài nhờ có sự bùng nổ của các công nghệ mới và nhu cầu sử dụng dịch vụ viễn thông của khách hàng. Tuy nhiên trong tương lai mạng viễn thông không những chỉ thỏa mãn cho khách hàng các dịch vụ thoại, phi thoại, Internet và các dịch vụ băng rộng mà còn phải đáp ứng cho khách hàng các dịch vụ có độ tích hợp cao, các dịch vụ đa phương tiện với các thuộc tính an ninh, bảo mật, chất lượng, linh hoạt và thông minh nhất. Công nghệ mạng đã trải qua các giai đoạn chuyển đổi từ tương tự sang số, từ chuyển mạch kênh sang chuyển mạch gói IP, từ mạng số tích hợp băng hẹp sang mạng số tích hợp băng rộng để có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ cho người dùng đầu cuối. Mặc dù vậy mạng hiện tại vẫn không thõa mãn hết được nhu cầu của khách hàng. Chính vì vậy cần có một tổ chức mạng mới tập hợp được tất cả các ưu điểm của mạng viễn thông hiện tại và phải đáp ứng được các nhu cầu truyền thông trong tương lai. Trong bối cảnh như vậy việc triển khai đề tài “Phân hệ IMS trong kiến trúc NGN” là rất cần thiết. Nội dung của đề tài này giải quyết một số vấn đề cụ thể về phân hệ đa phương tiện IP (IMS) trong mạng lõi NGN. Nội dung của đề tài tập trung chủ yếu vào kiến trúc IMS, chức năng các phần tử của IMS và các thủ tục cần thiết trên các giao diện bên trong IMS và giữa IMS với các phân hệ khác để cung cấp dịch vụ đa phương tiện và hội tụ di động cố định. Để thực hiện nội dung đó, đề tài được chia thành 3 phần như sau: Chương 1: Nói đến xu hướng phát triển mạng và dịch vụ viễn thông từ đó nói đến tính cấp thiết của đề tài và giới hạn nội dung mà đề tài thực hiện. Chương 2: Giới thiệu tổng quan kiến trúc mạng thế hệ kế tiếp (NGN) là xu hướng phát triển mạng tối ưu nhất và tiết kiệm chi phi xây dựng mạng nhất để cung cấp dịch vụ đa phương tiện cho khách hàng nhanh chóng nhất. Nội dung chính của phần này là Đồ án tốt nghiệp đại học Mở đầu Nguyễn Văn Quân (A), D2001VT 2 giới thiệu phân hệ IMS của 3GPP trong kiến trúc NGN, vai trò chức năng các phần tử của nó. Ngoài ra phần còn giới thiệu kiến trúc IMS của một số tổ chức khác như ITU- T, TISPAN. . . và so sánh kiến trúc của các tổ chức này. Chương 3: Trình bày các thủ tục cần thiết trên các giao diện bên trong phân hệ IMS và trên các giao diện giữa IMS với các phân hệ khác trong kiến trúc NGN để cung cấp dịch vụ đa phương tiện và hội tụ mạng. Đây là nội dung chính mà đề tài cần thực hiện khi nghiên cứu phân hệ IMS. Sau ba phần này là những đánh giá, tổng kết cuối cùng của tác giả sau khi thực hiện đề tài. Do có sự hạn chế về thời gian và thực tiễn nên đề tài không tránh khỏi thiếu sót. Rất mong được sự góp ý của các thầy cô và bạn đọc. Xin chân thành cảm ơn ! Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Giới thiệu chung Nguyễn Văn Quân (A), D2001VT 3 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG Mục tiêu của phần này nhằm giới thiệu xu hướng phát triển mạng và dịch vụ viễn thông, từ đó nói đến nội dung và tính cấp thiết của đồ án. 1.1 Xu hướng phát triển dịch vụ và mạng viễn thông Mong muốn của rất nhiều khách hàng là được triển khai các dịch vụ mới của mạng trong khoảng thời gian ngắn nhất. Những nhà cung cấp dịch vụ viễn thông không có đủ thời gian để xây dựng cơ sở hạ tầng mạng mới và như vậy sự kết hợp cơ sở hạ tầng mới và cũ là giải pháp đầu tiên được đưa ra. Kết hợp cơ sở hạ tầng để truyền tín hiệu trên nhiều phương tiện như cáp đồng, cáp quang, vô tuyến cho đến nay vẫn là giải pháp tốt. Những dịch vụ mới đang được sử dụng trong công nghệ hiện tại chủ yếu như: Mạng số đa dịch vụ tích hợp ISDN, chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói, chuyển mạch bản tin, công nghệ ATM, chuyển mạch khung, Fast Ethernet, Token ring, các dịch vụ số liệu phân tán dựa trên cáp quang FDDI. Ngoài ra các công nghệ mới cũng đang được sử dụng hiện nay như: dịch vụ số liệu multi-megabit SMDS. SONET/SDH, xDSL và B-ISDN, các công nghệ truy nhập vô tuyến như CDMA, TDMA, FDMA… Các công nghệ trên đây đều có những giải pháp kĩ thuật và những hệ thống hỗ trợ trên chính hệ thống của mình. Khi có nhiều công nghệ mạng sẽ dẫn đến tăng trưởng các phần tử mạng và do vậy sẽ làm tăng sự phức tạp trong đồng bộ và công tác quản lí, hơn nữa các nhà khai thác mạng khác nhau lại sử dụng các công nghệ và các chuẩn khác nhau do vậy dẫn đến việc tồn tại nhiều mạng riêng rẽ, đây là vấn đề thách thức thực tế với mạng viễn thông hiện nay. Trong mạng thế hệ kết tiếp (NGN) các hệ thống hỗ trợ có khả năng thích nghi với các điều kiện trên mạng, hội tụ các công nghệ về mạng lõi, mạng truy nhập, dịch vụ và đầu cuối hiện có nhờ vậy đáp ứng được nhu cầu của kách hàng đòi hỏi có nhiều loại hình truyền thông (thoại, dữ liệu, Internet, video, truy nhập không dây…) mà chỉ cần một nhà cung cấp dịch vụ. Để thực hiện điều này các tổ chức chuẩn hóa viễn thông như ITU-T, IETF, 3GPP … đã đưa ra các mô hình mạng hội tụ của minh, mỗi tổ chức tiếp cận vấn đề hội tụ từ một khía cạnh riêng. ITU-T tiếp cận vấn đề mạng hội tụ từ khía cạnh mạng PSTN/ ISDN, IETF tiếp cận từ khía cạnh mạng Internet, trong khi đó 3GPP và ETSI tiếp cận vấn đề từ khía cạnh mạng di động thế hệ 3 (3G). Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Giới thiệu chung Nguyễn Văn Quân (A), D2001VT 4 Nhìn chung tiếp cận vấn đề hội tụ mạng từ khía cạnh nào đi nữa thì đều xây dựng mạng hội tụ từ các mạng và công nghệ hiện có. Tuy nhiên vẫn chưa có một chuẩn chung duy nhất nào để xây dựng mạng hội tụ. 3GPP đưa ra mô hình khai quát về hội tụ mạng như sau: PCS IS-95A IS-95B CDMA2000 1X 1X EV-DO 1X EV-DV WCDMA IEEE802.11 IEEE802.11b IEEE802.11a IEEE802.11g PSTN Modem ISDN ADSL VDSL FTTH Mạng hội tụ băng rộng Toàn IP Mạng không dây Mạng di động Mạng cố định Trước đây Hiện tại Tương lai Hình 1. 1: Xu hướng hội tụ mạng của 3GPP Mạng di động trước đây với hệ thống PCS-IS95A và hệ thống IS95B chỉ cung cấp được dịch vụ thoại truyền thống với tốc độ thoại từ 14,4 Kbps đến 64 Kbps, hiện nay với hệ thống CDMA 2000-1x đã có nhiều khả năng mới với tốc độ thoại lên tới 144 Kbps và hệ thống 1X ED-VO cho tốc độ gói thoại lên tới 2,4 Mbps, tương lai với hệ thống di đống sẽ sử dụng hệ thống 1x ED-DV và W-CDMA có khả năng cung cấp dịch vụ chất lượng cao. Mạng không dây trước đây hoạt động theo chuẩn IEEE802.11 băng tần 2,4 Ghz cung cấp dịch vụ tốc độ 1 Mbps, hiện nay hoạt động theo chuẩn IEE802.11b băng tần 2,4 Ghz cung cấp dịch vụ 11 Mbps, tương lai mạng không dây hoạt động theo chuẩn IEEE802.11a và IEEE802.11g trên băng tần 5 Ghz và 2,4 Ghz cung cấp dịch vụ tốc độ 54 Mbps. Mạng cố định trước đây hoạt động trên các hệ thống PSTN và ISDN nhưng hiện nay hoạt động trên các công nghệ ADSL và VDSL cung cấp dữ liệu tốc độ từ 1 đến 8 Mbps hoặc 50 Mbps, trong tương lai mạng cố định hoạt động trên hệ thống FTTH cung cấp dịch vụ với tốc độ hàng trăm Mbps. Tất cả các mạng trên thông qua IMS của 3GPP sẽ được hội tụ lại thành một mạng chung thống nhất băng rộng với công nghệ truyền tải lõi IP. Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Giới thiệu chung Nguyễn Văn Quân (A), D2001VT 5 Bên cạnh hội tụ mạng 3GPP cũng đưa ra mô hình hội tụ dịch vụ như sau: SMS Tải nhạc chuông Di động Người-Người Người-Máy Môi trường hội tụ DAB/DVB Thoại thấy hình TV di động VOD Video streaming Dịch vụ theo vị trí Dịch vụ định vị Điều khiển từ xa Dịch vụ biểu cảm Hội nghị truyền hình Hướng thoại Hư ớ ng th oạ i Dữ liệu tốc độ thấp Multimedia Multimedia nhanh, băng rộng Th ôn g m in h Hư ớ ng th oạ i Th ôn g m in h Hình 1. 2: Xu hướng phát triển dịch vụ mạng của 3GPP Như vậy trong môi trường mạng hội tụ dịch vụ nhà cung cấp không những cung cấp tất cả các dịch vụ viễn thông trước đây mà còn được được bổ sung thêm dịch vụ đa phương tiện băng rộng, nhanh và thông minh. Các mạng đơn lẻ như di động, mạng thoại truyền thống, mạng truyền dữ liệu, mạng Internet… chỉ cung cấp được dịch vụ đơn lẻ, nhưng sang môi trường mạng hội tụ dịch vụ được cung cấp dưới hình thức đa phương tiện nhanh và thông minh. 1.2 Nội dung và phạm vi đồ án Từ những phân tích trong phần trên về tình hình và xu hướng phát triển mạng và dịch vụ viễn thông và trước tình hình mạng viễn thông Việt Nam hiện nay ta thấy như sau: Về mạng 1. Hoạt động riêng rẽ: Thị trường dịch vụ viễn thông được cung cấp bởi hai nhà cung cấp dịch vụ là di đông và cố định. Do vậy tồn tại hai mạng độc lập đang hoạt động. 2. Sự bất tiện: Muốn sử dụng dịch vụ thì thuê bao phải kết nôi đến cả hai nhà cung cấp đó và họ phải thanh toán cả hai hóa đơn. Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Giới thiệu chun