Giáo trình Báo hiệu và điều khiển kết nối (Phần 2)

cấu trúc hội tụ mạng với tâm điểm là IMS hỗ trợ cả miền chuyển mạch gói và miền chuyển mạch kênh. Việc phát triển của IMS là sự nỗ lực hợp tác giữa tổ chức tiêu chuẩn đứng đầu cho mạng di động 3GPP và tổ chức đứng đầu cho mạng Internet là IETF. IETF cung cấp đặc tả các giao thức và công nghệ nền tảng trong khi 3GPP phát triển kiến trúc khung làm việc, tích hợp các giao thức cần thiết để cung cấp cho hệ thống di động các khả năng nhƣ chuyển vùng giữa các PT IT 114 nhà điều hành, phân biệt chất lƣợng dịch vụ và tính cƣớc. Các yêu cầu cơ bản về cấu trúc của một hệ thống IMS đã đƣợc đặt ra gồm: hỗ trợ các phiên truyền thông đa phƣơng tiện IP; kết nối IP cho các thiết bị di động trên cả vùng mạng nhà và mạng khách; đảm bảo chất lƣợng thông tin cho các phiên đa phƣơng tiện; hỗ trợ các chính sách sử dụng đúng tài nguyên yêu cầu; đảm bảo an toàn thông tin trong các môi trƣờng kết nối; hỗ trợ chính sách tính cƣớc; thực hiện chuyển vùng linh hoạt; phối hợp kết nối với các mạng khác; ứng dụng cơ chế điều khiển dịch vụ linh hoạt; phân lớp cấu trúc và đa dạng hình thức truy nhập. 4.1.1 Mô hình kiến trúc IMS Mục tiêu của kiến trúc IMS là cung cấp nhiều giá trị gia tăng hơn cho nhà cung cấp mạng, ngƣời phát triển ứng dụng, ngƣời cung cấp dịch vụ cũng nhƣ ngƣời sử dụng các thiết bị đầu cuối. Kiến trúc IMS giúp các dịch vụ mới đƣợc triển khai một cách nhanh chóng với chi phí thấp. Với IMS, nhà cung cấp mạng sẽ không chỉ làm công tác chuyển tải thông tin một cách đơn thuần mà trở thành tâm điểm trong việc phấn phối dung lƣợng thông tin trong mạng, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lƣợng dịch vụ cũng nhƣ kịp thời thay đổi để đáp ứng các tình huống khác nhau của khách hàng. Một mạng IMS đƣợc định nghĩa trong một kiến trúc mặt phẳng ngang gồm 3 lớp chức năng. Hình 4.2: Truy nhập với IMS Lớp đầu tiên là lớp mang. Lớp này truyền tải dung lƣợng báo hiệu và các luồng lƣu lƣợng đa phƣơng tiện. Lớp này bao gồm các thiết bị phần cứng nhƣ thiết bị chuyển PT IT 115 mạch, bộ định tuyến và các thực thể xử lý phƣơng tiện nhƣ cổng đa phƣơng tiện hay máy chủ phƣơng tiện. IMS đóng vai trò nhƣ một lớp truy nhập không phụ thuộc mạng để kết nối đến nhiều loại mạng khác nhau hiện có (hình 4.2). Lớp thứ hai trong kiến trúc IMS là lớp điều khiển. Bao gồm các phần tử của mạng báo hiệu nhƣ CSCF, HSS, MGCFđể hỗ trợ điều khiển phiên chung, điều khiển phƣơng tiện và chức năng điều khiển truy nhập qua các giao thức báo hiệu nhƣ SIP, Diameter, H248. Lớp điều khiển là chức năng cốt lõi của IMS để truyền thông báo hiệu và các yêu cầu điều khiển tới các thành phần thiết bị trong phiên. Lớp thứ 3 trong kiến trúc IMS là lớp dịch vụ. Lớp này bao gồm các Server ứng dụng nhƣ server ứng dụng SIP, Server truy nhập dịch vụ mở bên thứ 3 và các điểm điều khiển dịch vụ mở kế thừa từ các hệ thống truyền thống. IMS đƣa ra các điều khiển dịch vụ thông qua mạng thuê bao nhà, các thành phần của mạng báo hiệu đƣợc phân phối trong lớp dịch vụ và lớp điều khiển. Cấu trúc phân lớp đƣợc thể hiện trên hình 4.3. Hình 4.3: Kiến trúc phân lớp của phân hệ IMS Một trong các yếu tố tạo nên tính ƣu việt của hệ thống IMS trong mục tiêu kết nối là các cơ chế báo hiệu và điều khiển. Cụ thể là thông qua hai giao thức báo hiệu là SIP và giao thức Diameter. Giao thức SIP đƣợc sử dụng để thiết lập, duy trì và kết thúc các phiên đa phƣơng tiện. Còn giao thức Diameter đƣợc sử Lớp Điều Khiển CSCF MRFC MRFP MGCF BGCF SEG SGW IMS_MGW GGSN SGSN HSS AS AS RAN WLAN, ADSL,Cáp PSTN/ các mạng CS mở rộng Các mạng IP mở rộng Lưu lượng báo hiệu Lưu lượng người dùng Lớp Ứng Dụng Lớp Truyền tải AS PT IT 116 dụng cho nhận thực trao quyền và thanh toán (AAA) đối với các dịch vụ của ngƣời sử dụng. Nếu so sánh với giao thức báo hiệu SS7 truyền thống, giao thức đƣợc sử dụng trong mạng chuyển mạch kênh cung cấp dịch vụ thoại, chức năng giao thức SIP tƣơng tự nhƣ ISUP còn giao thức Diameter và các ứng dụng của nó tƣơng ứng với giao thức dựa trên TCAP. Để truyền tải giao thức báo hiệu trong IMS, giao thức truyền tải điều khiển luồng SCTP và giao thức điều khiển truyền tải TCP chạy trên nền IPv4/IPv6 đƣợc sử dụng. 4.1.2 Các thành phần chức năng 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 (CSCF); 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 cƣớc. Dƣới đây sẽ phân tích các chức năng cơ bản theo các thực thể trong IMS. a, Thực thể chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF) Thực thể chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF) thực chất là một máy chủ SIP và đóng vai trò trung tâm của IMS. CSCF có nhiệm vụ xử lý báo hiệu SIP trong IMS. 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. Thƣờng 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 cƣớc tới bộ chức năng tính cƣớc offline. Có vài chức năng thông thƣờng mà P-CSCF và S-CSCF có thể thực hiện. Các thực thể có khả năng giải phóng phiên thay cho thuê bao (ví dụ khi S-CSCF phát hiện ra một phiên đang treo - không sử dụng, hoặc P- CSCF nhận đƣợc thông báo kênh mang truyền thông bị mất) và có khả năng kiểm tra nội dung của giao thức mô tả phiên (SDP) hoặc kiểm tra các loại hoặc các mã truyền thông trong giao thức này. Khi SDP đang sử dụng không phù hợp với chính PT IT 117 sách của nhà khai thác, CSCF từ chối yêu cầu và gửi bản tin thông báo lỗi SIP tới UE. CSCF đại diện (ủy quyền) P-CSCF là điểm kết nối, giao tiếp đầu tiên của các thuê bao trong hệ thống IMS. Có nghĩa là tất cả lƣu lƣợng báo hiệu SIP từ UE sẽ đƣợc gửi tới P-CSCF. Ngƣợc lại, tất cả các kết cuối báo hiệu SIP từ mạng đƣợc gửi từ P-CSCF tới UE. Bốn chức năng cơ bản của P-CSCF bao gồm: nén SIP, kết hợp bảo mật IP (IPSec), tƣơng tác với chức năng quyết định chính sách (PDF) và xác định phiên khẩn cấp. Có thể có một hoặc nhiều P-CSCF trong một mạng. P-CSCF thực hiện các chức năng sau: o Chuyển tiếp các yêu cầu SIP REGISTER tới CSCF truy vấn (I-CSCF) dựa trên tên miền do UE cung cấp. o Chuyển tiếp các yêu cầu và đáp ứng SIP của UE tới CSCF phục vụ (S-CSCF). o Chuyển tiếp các yêu cầu và đáp ứng SIP tới UE. o Phát hiện các yêu cầu thiết lập phiên. o Tạo thông tin tính cƣớc để gửi cho nút tính cƣớc CCF. o Bảo vệ toàn vẹn báo hiệu SIP và duy trì liên kết bảo mật giữa UE và P-CSCF. Chức năng này đƣợc cung cấp bởi giao thức bảo mật IPsec và tải tin bảo mật đóng gói ESP. o Nén và giải nén các bản tin SIP từ UE. P-CSCF hỗ trợ nén bản tin dựa trên ba RFC: [RFC3320], [RFC3485] và [RFC3486]. o Chức năng kiểm tra phƣơng tiện. P-CSCF có thể kiểm tra nội dung tải tin giao thức mô tả phiên (SDP) và kiểm tra xem nó chứa các loại phƣơng tiện hay codec. Khi SDP không phù hợp với chính sách của nhà khai thác thì P-CSCF sẽ loại bỏ yêu cầu và gửi bản tin báo lỗi SIP tới UE. o Duy trì bộ định thời phiên. Các bộ định thời phiên cho phép P-CSCF phát hiện và giải phóng tài nguyên do các phiên đang bị treo chiếm dụng. PT IT 118 o Tƣơng tác với chức năng quyết định chính sách (PDF). PDF chịu trách nhiệm triển khai chính sách vùng theo dịch vụ (SBLP). Trong Release 5, PDF là một thực thể logic của P-CSCF, còn trong Release 6 PDF đứng riêng một mình. Thông thƣờng một mạng IMS sẽ có nhiều P-CSCF tùy thuộc vào quy mô và độ dƣ của mạng. Mỗi P-CSCF chỉ phục vụ một số lƣợng các đầu cuối IMS nhất định. CSCF truy vấn CSCF truy vấn (I-CSCF) là một SIP Proxy nằm tại biên giới của vùng quản lý. Địa chỉ của các I-CSCF trong một miền sẽ đƣợc liệt kê trong các bản ghi DNS của miền đó. Khi muốn xác định bƣớc nhảy tiếp theo cho một bản tin nào đó của thủ tục SIP thì máy chủ SIP phải biết đƣợc địa chỉ của ít nhất là một I-CSCF của miền mà bản tin đó cần đến. Có thể có nhiều I-CSCF bên trong một mạng. I-CSCF thực hiện các chức năng sau: o Liên lạc với HSS để thu đƣợc tên của S-CSCF đang phục vụ khách hàng. o Đăng ký (gán) một S-CSCF dựa trên dung lƣợng nhận đƣợc từ HSS. o Tạo và gửi thông tin tính cƣớc tới nút tính cƣớc CCF. o Cung cấp chức năng che giấu. I-CSCF có chứa một tính năng gọi là THIG – cổng liên mạng che giấu cấu hình. THIG đƣợc sử dụng để che cấu hình và dung lƣợng của mạng từ phía bên ngoài mạng của nhà khai thác. Số lƣợng I-CSCF trong một mạng tùy thuộc vào quy mô và độ dƣ của mạng đó. CSCF phục vụ CSCF phục vụ (S-CSCF) là một máy chủ SIP đóng vai trò trung tâm của mặt bằng báo hiệu với chức năng chủ yếu là điều khiển phiên. Ngoài tƣ cách là một máy chủ thì S-CSCF còn hoạt động nhƣ một bộ đăng ký SIP, có nghĩa nó chứa một ràng buộc giữa vị trí khách hàng (là địa chỉ IP của thiết bị đầu cuối nơi khách hàng đăng nhập) và địa chỉ SIP của bản ghi thuộc về khách hàng đó (còn gọi là nhận dạng chung cho khách hàng). Có thể có nhiều S-CSCF bên trong mạng. S-CSCF thực hiện các chức năng sau: P IT 119 o Điều khiển các yêu cầu đăng ký nhƣ một register. S-CSCF nhận biết đƣợc địa chị IP của UE và P-CSCF nào đang đƣợc UE sử dụng nhƣ một điểm truy cập IMS. o Nhận thực ngƣời dùng bằng cơ chế nhận thực và đồng thuận khoá IMS (AKA) giữa UE và mạng nhà. o Tải thông tin ngƣời dùng và dữ liệu liên quan đến dịch vụ từ HSS trong suốt quá trình đăng ký hoặc khi xử lý một yêu cầu tới ngƣời dùng không đƣợc đăng ký. o Định tuyến lƣu lƣợng đầu cuối di động tới P-CSCF và định tuyến lƣu lƣợng khởi xƣớng từ di động tới I-CSCF, thực thể chức năng điều khiển cổng thoát BGCF) hay máy chủ ứng dụng (AS). o Thực hiện chức năng điều khiển phiên. S-CSCF có thể hoạt động giống nhƣ một máy chủ đại diện. o Tƣơng tác với các nền tảng dịch vụ. o Phiên dịch số E.164 tới URI dùng để nhận dạng tài nguyên hợp nhất sử dụng cơ chế phiên dịch hệ thống tên miền (DNS). Chức năng này là cần thiết do việc định tuyến cho một bản tin SIP trong IMS chỉ sử dụng các SIP URI, nghĩa là trong trƣờng hợp một khách hàng quay một số điện thoại thay vì sử dụng SIP URI thì S-CSCF phải sử dụng các dịch vụ phiên dịch số. o Giám sát bộ định thời đăng ký và có thể đăng ký lại khi cần. o Thực hiện kiểm tra phƣơng tiện. S-CSCF có thể kiểm tra nội dung tải tin SDP và kiểm tra xem nó chứa các loại phƣơng tiện hay codec. Khi SDP không phù hợp với chính sách của nhà điều hành hoặc yêu cầu dịch vụ của khách hàng thì S- CSCF sẽ loại bỏ yêu cầu và gửi đi bản tin báo lỗi SIP. o Duy trì bộ đinh thời phiên. Nó cho phép S-CSCF phát hiện và giải phóng các tài nguyện do các phiên đang chiếm dụng. o Tạo và gửi thông tin tính cƣớc tới nút tính cƣớc CCF để tính cƣớc offline và tới hệ thống OCS để tính cƣớc online. PT IT 120 Số lƣợng S-CSCF trong một mạng phụ thuộc vào quy mô và độ dƣ của mạng đó. Mỗi S-CSCF chỉ phục vụ cho một số lƣợng thiết bị đầu cuối IMS nhất định. Khác với P-CSCF và I-CSCF, S-CSCF luôn nằm ở mạng nhà. b, Cơ sở dữ liệu HSS/HLR Về khía cạnh kỹ thuật, máy chủ thuê bao mạng nhà HSS là sự cải tiến từ HLR. Trong IMS, HSS là trung tâm lƣu trữ thông tin của khách hàng, bao gồm tất cả dữ liệu liên quan đến việc xử lý các phiên đa phƣơng tiện cho khách hàng đó. Những dữ liệu này là thông tin định vị, thông tin an ninh (gồm thông tin nhận thực và thông tin trao quyền), thông tin hồ sơ khách hàng (các dịch vụ mà khách hàng đăng ký) và thông tin về S-CSCF đƣợc gán cho mỗi khách hàng. Chức năng HLR đƣợc sử dụng để hỗ trợ cho các thực thể miền PS nhƣ SGSN và GGSN. Nó cho phép thuê bao truy nhập tới các dịch vụ miền PS. HLR cũng hỗ trợ cho các thực thể miền CS nhƣ MSC hay các server MSC. Nó cho phép thuê bao truy nhập tới các dịch vụ miền CS và hỗ trợ roaming tới các mạng miền CS GSM/UMTS. Trong một mạng có thể có nhiều HSS tùy vào số lƣợng thuê bao. Tuy nhiên, tất cả dữ liệu của một khách hàng phải đƣợc lƣu trữ trong một HSS duy nhất. Các mạng có từ hai HSS trở lên thì phải bổ sung thêm một SLF (có chức năng ánh xạ địa chỉ khách hàng đến HSS). Khi một nút gửi truy vấn đến SLF trong đó có chứa địa chỉ của khách hàng thì nó sẽ đƣợc HSS trả lời toàn bộ thông tin có liên quan đến khách hàng đó. c, Máy chủ ứng dụng (AS) Các server ứng dụng không hoàn toàn là các thực thể IMS, chúng là các chức năng phía trên IMS. Tuy nhiên các AS ở đây đƣợc mô tả nhƣ một phần chức năng IMS do thực thể này cung cấp các dịch vụ đa phƣơng tiện giá trị thặng dƣ trong IMS. AS có thể nằm tại mạng nhà hay mạng của nhà cung cấp dịch vụ thứ ba, trong đó ngƣời điều hành mạng nhà đã thỏa thuận về vấn đề cung cấp dịch vụ với nhà PT IT 121 cung cấp thứ ba này. AS sẽ không giao tiếp với HSS khi nó không nằm trên mạng nhà. Các chức năng chính của AS bao gồm: o Khả năng xử lý và tác động tới phiên SIP thu đƣợc. o Khả năng tạo ra các yêu cầu SIP. o Khả năng gửi thông tin thanh toán tới bộ phận tính cƣớc. d, Thực thể chức năng quản lý tài nguyên và phương tiện MRF Thực thể chức năng quản lý tài nguyên và phƣơng tiện (MRF) có chức năng cung cấp tài nguyên đa phƣơng tiện trong mạng nhà, các luồng phƣơng tiện hỗn hợp, chuyển mã giữa các bộ codec, thu nhận thông tin thống kê và phân tích các loại phƣơng tiện. MRF đƣợc chia thành nút nằm trên mặt bằng báo hiệu (MRFC) và nút nằm trên mặt bằng phƣơng tiện (MRFP). MRFC hoạt động nhƣ một tác nhân khách hàng SIP, nó giao tiếp với S-CSCF thông qua giao thức SIP và có chức năng điều khiển tài nguyên trong MRFP thông qua giao diện H.248. MRFP thực hiện tất cả các chức năng liên quan đến phƣơng tiện, ví dụ nhƣ thể hiện (playing) và trộn lẫn (mixing) phƣơng tiện. MRF luôn luôn nằm ở mạng nhà. e, Thực thể chức năng điều khiển cổng phương tiện (MGCF) MGCF là thực thể cho phép giao tiếp giữa IMS và ngƣời dùng CS. Nó thực hiện các chức năng sau: o Điều khiển những phần của trạng thái cuộc gọi gắn liền với điều khiển kết nối cho các kênh phƣơng tiện trong một IMS-MGW. o Truyền thông với các thực thể CSCF, BGCF, và PSTN. o Quyết định trạm tiếp theo phụ thuộc vào số định tuyến cho những cuộc gọi vào từ các mạng truyền thống. o Thực hiện chuyển đổi giao thức giữa những giao thức điều khiển cuộc gọi ISUP/TCAP và phân hệ IMS . o Thông tin ngoài băng nhận đƣợc trong MGCF đƣợc đẩy tới CSCF/IMS-MGW. PT IT 122 o Gửi thông tin tính cƣớc tới CCF. f, Thực thể chức năng điều khiển cổng (BGCF) BGCF chịu trách nhiệm lựa chọn lối thoát đến miền CS. Quá trình này có thể lựa chọn ra lối thoát trong chính mạng cấp phát BGCF hoặc lối thoát tới mạng khác. Trong trƣờng hợp thứ nhất, BGCF sẽ lựa chọn một thực thể chức năng MGCF để xử lý phiên. Trƣờng hợp thứ hai, BGCF sẽ chuyển tiếp phiên tới BGCF khác trong mạng đƣợc lựa chọn. Ngoài ra, BGCF cũng có chức năng gửi thông tin tính cƣớc tới CCF. 4.1.3 Các giao thức của IMS Khi phát triển IMS, 3GPP thực hiện phân tích các nội dung ETSI đã thực hiện khi chuẩn hóa các giao thức cho GSM để thiết kế bổ sung các giao thức cho IMS. Phần lớn các giao thức báo hiệu và điều khiển trong IMS đều mang tính kế thừa và đơn giản trong tích hợp hệ thống. Giao thức điều khiển phiên: Các giao thức điều khiển phiên đóng một vai trò then chốt với bất kỳ một cấu trúc mạng truyền thông do liên quan trực tiếp tới hiệu năng hệ thống mạng. 3GPP lựa chọn giao thức SIP để thiết lập và quản lý các phiên đa phƣơng tiện truyền trên mạng IP và trong IMS. Giao thức nhận thực, cấp quyền và tính cƣớc AAA: Ngoài các giao thức điều khiển phiên kể trên thì giao thức AAA cũng có vai trò quan trọng không kém. Trong IMS, giao thức AAA đƣợc sử dụng là Diameter. Diameter (RFC 3588) là giao thức phát triển từ RADIUS (RFC 2865) (là một giao thức đƣợc sử dụng rộng rãi trên Internet để thực hiện AAA. Ví dụ, khi một khách hàng quay số đến một nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) thì Server của mạng truy nhập sẽ sử dụng giao thức RADIUS để nhận thực và trao quyền cho khách hàng truy nhập vào mạng). Giao thức Diameter đƣợc chia thành các ứng dụng Diameter. Diameter đƣợc IMS sử dụng ở một số giao diện, nhƣng không phải tất cả giao diện đều sử dụng chung một PT IT 123 ứng dụng Diameter. Ví dụ hai ứng dụng Diameter dùng để tƣơng tác với SIP trong quá trình khởi tạo phiên và tính cƣớc sẽ phải khác nhau. Các giao thức hỗ trợ khác: Ngoài SIP và Diameter thì IMS vẫn còn sử dụng nhiều giao thức khác, ví dụ nhƣ: COPS (Common Open Policy Service, RFC 2748) là giao thức có chức năng truyền các chính sách giữa các điểm quyết định chính sách PDP và các thực hiện chính sách PEP; MEGACO/H.248 đƣợc sử dụng để điều khiển các node trong mặt bằng phƣơng tiện; RTP (Real-Time Transport Protocol, RFC 3550) và RTCP (RTP Control Protocol, RFC 3550) đƣợc dùng để truyền các phƣơng tiện thời gian thực nhƣ hình ảnh và âm thanh. 4.2 HOẠT ĐỘNG CỦA SIP TRONG IMS Giao thức khởi tạo phiên đƣợc thiết kế để hỗ trợ việc thiết lập các phiên đa phƣơng tiện giữa các ngƣời sử dụng trên mạng IP. Cùng với việc điều khiển cuộc gọi, SIP cũng hỗ trợ các chức năng nhƣ di động của ngƣời sử dụng và chuyển hƣớng cuộc gọi trong IMS gồm: o Báo hiệu SIP đầu cuối đầu cuối giữa các ngƣời sử dụng IP di động và cố định. o Các Internet IP có thể cung cấp các dịch vụ giá trị ra tăng cho ngƣời sử dụng di động. o SIP đƣợc thiết kế nhƣ một giao thức IP vì thế nó thích hợp tốt với các giao thức IP và các dịch vụ khác. o SIP đơn giản và tƣơng đối dễ thực hiện. 4.2.1 Đặc tính kỹ thuật Khi triển khai SIP trong IMS các nhà phát triển nhận ra rằng có sự khác biệt so với phiên bản SIP cho Internet. Một số các mở rộng đƣợc định nghĩa trong các RFC bổ sung thêm các tính năng mới và làm cho SIP trở thành giao thức báo hiệu khá phức tạp. Việc sử dụng SIP cho việc thiết lập phiên trên những liên kết băng thông hạn chế nhƣ các giao diện vô tuyến hoặc các liên kết nối tiếp tốc độ thấp dẫn đến thời gian thiết lập cuộc gọi dài. Để khắc phục yếu điểm đó cơ chế nén báo hiệu gọi PT IT 124 là SigComp đã đƣợc phát triển bởi tổ chức IETF. Tiêu đề riêng P-Header (RFC 3329) nhƣ P-preferred-identity, th P-access-network-info, P-asserted-identity, P- calledparty- id đƣợc bổ sung thêm cho mạng IMS để cung cấp các dịch vụ riêng biệt. Các tiêu đề này đƣợc định nghĩa thêm để chuyển các thông tin xác đáng vào mạng nhƣng nó chƣa đủ để phát triển các phần tử chuẩn mực trong IMS. Các chuẩn mở rộng khác nhƣ chuẩn thỏa thuận bảo mật (RFC 3329), xác thực phƣơng tiện (RFC 3313), dành trƣớc tài nguyên trong IMS (RFC 3312), SDP mở rộng đƣợc đề xuất hỗ trợ thêm cho SIP trong IMS. So sánh với SIP của trong IETF mà ở đó chủ gọi sử dụng SIP yêu cầu một con đƣờng cụ thể trong tiêu đề Route. Trong IMS, P- CSCF loại bỏ con đƣờng này và đảm bảo tuân theo việc định tuyến SIP IMS. Các yêu cầu SIP luôn đƣợc định tuyến đến S-CSCF mạng nhà ở cả mạng khởi tao và kết cuối. S-CSCF sử dụng cơ sở dữ liệu ngƣời dùng (download xuống trong quá trình đăng ký) để liên kết với các AS SIP xử lý các yêu cầu SIP. Các tiêu chí lọc khởi tạo lúc đầu IFC (The Initial Filter Criteria) trong cơ sở dữ liệu thuê bao cung cấp một logic đơn giản để quyết định sẽ liên kết với AS nào. Các luật này mang tính ổn định tức là nó không thay đổi trong một chu kỳ. 4.2.2 Các thủ tục báo hiệu SIP trong IMS Để nắm đƣợc hoạt động của SIP trong IMS ta xem xét các thủ tục báo hiệu thông qua các ví dụ tƣơng ứng với một số kịch bản có thể xảy ra. (i) Đăng ký và thiết lập phiên: ví dụ thứ nhất chỉ ra một thủ tục khởi tạo đăng ký, cho rằng ngƣời dùng đã chuyển mạng sang mạng khách. Thủ tục này bắt đầu với yêu cầu đăng ký SIP ngƣời dùng đƣợc gửi từ P-CSCF của mạng khách. Vì băng thông vô tuyến hạn chế, bản tin đƣợc nén trƣớc khi gửi đi bởi ngƣời dùng và đƣợc giải nén ở P-CSCF. Nếu có nhiều S-CSCF tồn tại trong mạng nhà của ngƣời sử dụng, một I-CSCF cần thiết để triển khai lựa chọn một S-CSCF phục vụ phiên của ngƣời dùng đó. Trong trƣờng hợp này P-CSCF quyết định một địa chỉ của I-CSCF mạng nhà của ngƣời dùng bằng cách sử dụng tên miền mạng nhà ngƣời dùng và chuyển bản tin REGISTER tới I-CSCF. Sau khi I-CSCF gửi đáp PT IT 125 ứng nhận thực ngƣời dùng (UAR) tới HSS, HSS trả lại địa chỉ của khả thi của S- CSCF. I-CSCF lựa chọn một S-CSCF và chuyển bản tin đăng ký. UE P-CSCF Mạng nhà Mạng khách I-CSCF S-CSCF HSS 1. SIP: đăng ký 3. SIP: đăng ký 2. Diameter: UAR, UAA 4. Diameter: MAR, MAA 5. SIP: 401 6. SIP: đăng ký 2. Diameter: UAR, UAA 8. SIP: đăng ký 9. Diameter: SAR, SAA 10. Điều khiển dịch vụ qua AS 11. SIP: 200 OK Yêu cầu/Trả lời Yêu cầu Trả lời Hình 4.4: Luồng bản tin báo hiệu đăng ký Trong lúc xác nhận đăng ký, S-CSCF lấy lại vector nhận dạng từ HSS qua giao thức Diameter Đáp ứng nhận thực đa phƣơng tiện MAR và trả lại ngƣời dùng bản tin SIP 401 không đƣợc nhận thực mà có thể mang số liệu hỏi đáp nhận thực. Sau khi tính toán đáp ứng nhận thực, ngƣời dùng gửi đến S-CSCF một bản tin đăng ký khác đƣợc mang bởi đáp ứng hỏi đáp. S-CSCF xác nhận lại đáp ứng và nếu đáp ứng đúng, nó tải xuống thuộc tính thuê bao từ HSS qua một đáp ứng yêu cầu chỉ định máy chủ SAR Diameter. S-CSCF có thể liên lạc với một Server ứng dụng để điều khiển dịch vụ nhƣ trong thuộc tính của thuê bao. trƣớc khi trả lại bản tin 200 OK tới ngƣời sử dụng. Trong ví dụ thứ hai chỉ ra luồng báo hiệu một thiết lập phiên giữa hai ngƣời dùng IMS, cho rằng có nhiều S-CSCF đƣợc triển khai. Một thủ tục thiết lập phiên là một quá trình của việc tìm ra các phần tử mạng và các thành phần báo hiệu. Khi định tuyến bản tin đăng ký, I-CSCF của ngƣời bị gọi truy vấn HSS của PT IT 126 ngƣời bị gọi để tìm địa chỉ của một S-CSCF đƣợc chỉ định qua bản tin Diameter yêu cầu thông tin vị trí LIR. HSS đáp ứng lại bằng bản tin Diameter trả lời thông tin vị trí LIA. S-CSCF Mạng nhà chủ gọi Mạng nhà bị gọi I-CSCF HSS S-CSCF 1. SIP: Yêu cầu Yêu cầu/Trả lời Yêu cầu Trả lời 2. Điều khiển dịch vụ qua AS 3. SIP: Yêu cầu 4.Diameter: LIR, LIA 5. SIP: Yêu cầu 6. Điều khiển dịch vụ qua AS 7. SIP: Yêu cầu 8. SIP: 183 Phát triển phiên 9. SIP: 200 OK 10. SIP: Xác nhận Hình 4.5: Luồng bản tin báo hiệu thiết lập phiên Trƣớc khi gửi bản tin đăng ký, S-CSCF của chủ gọi và ngƣời bị gọi có thể liên lạc với Server ứng dụng để điều khiển dịch vụ và tính cƣớc cho dịch vụ tải xuống trong khi đăng ký ngƣời dùng. Kỹ thuật phân giải địa chỉ và định tuyến bản tin SIP chuẩn đƣợc sử dụng để định tuyến bản tin đăng ký từ chủ gọi tới UE bị gọi trên tất các các con đƣờng. Các con đƣờng nhận đƣợc là UE chủ gọi, P- CSCF mạng khách chủ gọi, S-CSCF mạng khách chủ gọi, I-CSCF bị gọi, S- CSCF bị gọi, P-CSCF mạng khách bị gọi và UE bị gọi. Bản tin trở lại từ UE bị gọi đi theo đƣờng ngƣợc lại. Thủ tục thoả thuận một phiên cung cấp trả lời cơ bản cũng đƣợc kiểm soát trong thời điểm này. Điều này đƣợc hoàn thành qua giao thức mô tả phiên SDP đƣợc mang bởi thân của bản tin SIP (ví dụ bản tin đăng ký với một mời gọi và bản tin 200 OK với một trả lời). PT IT 127 Phân phối dịch vụ IMS: Kiến trúc phân phối dịch vụ IMS bao gồm S-CSCF, Server ứng dụng AS, chức năng điều khiển tài nguyên đa phƣơng tiện MRF và HSS. Trong đó S-CSCF đóng vai trò nhƣ một điểm điều khiển phiên trung tâm, các server ứng dụng và MRF là các điểm thi hành dịch vụ. Để thi hành điều khiển logic dịch vụ cho một thuê bao, S-CSCF kiểm tra yêu cầu SIP nhận đƣợc. Thông tin đƣợc kiểm tra bao gồm kiểu báo hiệu SIP, tiêu đề, URI yêu cầu và mô tả phiên. Nếu điểm chốt phù hợp, S-CSCF sẽ lựa chọn một Server ứng dụng và định tuyến yêu cầu SIP tới AS trong dịch vụ đƣợc thực thi. Server ứng dụng SIP (SIP AS), cƣ trú trong mạng nhà và cung cấp dịch vụ dựa trên giao thức SIP. Trong một ví dụ đƣợc minh hoạ trong hình dƣới đây chỉ ra luồng bản tin cho thủ tục liên quan đến server có mặt, nơi ngƣời dùng A lấy thông tin hiện diện của ngƣời dùng B, và dịch vụ hiện diện đóng vai trò nhƣ một UA. UE A Mạng nhà của thuê bao A và B Lõi IMS Presence Server 1. SIP: SUBCRIBER UE B 2. SIP: 200 OK 3. SIP: Thông báo 4. SIP: 200 OK 5. SIP: Công bố 6. SIP: 200 OK 3. SIP: Thông báo 4. SIP: 200 OK Hình 4.6: Luồng bản tin người dùng A lấy thông tin hiện diện người dùng B Các bƣớc trong thủ tục này nhƣ sau: 1-2: A lấy thông tin hiện diện của ngƣời dùng B; 3-4: Sever hiện diện thông báo cho A về hiệu lực hiện tại của B; 5-6: B thay đổi trang thái hiệu lực của mình; 7-8: Server hiện diện thông báo cho A bản cập nhận hiệu lực của B. PT IT 128 4.3 CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU KHÁC TRONG IMS 4.3.1 Giao thức Diameter Diameter là một giao thức ngang hàng, cả cli