Chuyên đề Chuyển mạch mềm và định hướng phát triển lên IMS

dịch vụ và cho nhiều loại dịch vụ khác nhau. Nó có khả năng lưu trữ lại các sự kiện xảy ra trên mạng (kích thước gói, tốc độ gói, độ trì hoãn, tỷ lệ mất gói và Jitter cho phép…đối với mạng chuyển mạch gói; Băng thông và độ trì hoãn đối với mạng chuyển mạch kênh TDM). Lớp ứng dụng đưa ra yêu cầu về năng lực truyền tải và lớp truyền tải sẽ thực hiện các yêu cầu đó. Phần trung gian Thành phần: Các cổng truy nhập AG (Access Gateway) kết nối giữa mạng lõi và mạng truy nhập, RG(Residental Gateway) kết nối mạng lõi với mạng thuê bao tại nhà. Các cổng giao tiếp TG (Trunks Gateway) kết nối giữa mạng lõi và mạng PSTN /ISDN, WG (Wireless GateWay) kết nối mạng lõi với mạng di động. Chức năng: Lớp truyền tải có khả năng tương thích các kĩ thuật truy cập khác nhau với kĩ thuật chuyển mạch gói IP hay ATM ở đường trục. Hay nói cách khác, lớp này chịu trách nhiệm chuyển đổi các loại môi trường (Như PSTN, FlamRelay, LAN, Vô tuyến...) sang môi trường truyền dẫn gói được áp dụng trên mạng lõi và ngược lại. Nhờ đó, các node chuyển mạch (ATM+IP) và các hệ thống truyền dẫn sẽ thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi giữa các thuê bao của lớp truy nhập dưới sự điều khiển của các thiết bị thuộc lớp điều khiển. Lớp điều khiển Thành phần: Lớp điều khiển bao gồm các hệ thống điều khiển mà thành phần chính là Softswitch còn gọi là Media Gateway Controller hay Call Agent được kết nối với các thành phần khác để kết nối cuộc gọi hay quản lý địa chỉ IP như: SGW (Signaling Gateway), MS (Media Server), FS (Feature server), AS(Application Server) Chức năng: Lớp điều khiển có nhiệm vụ kết nối để cung cấp các dịch vụ thông suốt từ đầu cuối tới đầu cuối với bất kỳ loại giao thức và báo hiệu nào. Cụ thể lớp điều khiển thực hiện các chức năng sau : Định tuyến lưu lượng giữa các khối chuyển mạch. Thiết lập yêu cầu, điều chỉnh và thay đổi các kết nối hoặc các luồng, điều khiển sắp xếp nhãn (lable mapping) giữa các giao diện cổng. Phân bổ lưu lượng và các chỉ tiêu chất lượng đối với mỗi kết nối và thực hiện giám sát điều khiển để đảm bảo QoS. Báo hiệu đầu cuối từ các trung kế, các cổng trong kết nối với lớp Media.Thống kê và ghi lại những thông số về chi tiết cuộc gọi và đồng thời thực hiện các cảnh báo. Thu nhận thông tin báo hiệu từ các cổng và chuyển các thông tin này tới các thành phần thích hợp trong lớp điều khiển. Quản lý và bảo dưỡng hoat động của các tuyến kết nối thuộc phạm vi điều khiển.Thiết lập và quản lý hoạt động của các luồng yêu cầu đối với chức năng dịch vụ trong mạng. Báo hiệu với các thành phần ngang cấp. Các chức năng quản lý, chăm sóc khách hàng cũng được tích hợp trong lớp điều khiển. Nhờ có giao diện mở nên có sự tách biệt giữa dịch vụ và truyền dẫn, việc này cho phép các dịch vụ mới được triển khai nhanh chóng và dễ dàng hơn. Lớp ứng dụng Thành phần: Lớp ứng dụng bao gồm các node thực thi dịch vụ SEN (Service Excution Node), thực chất là các server dịch vụ cung cấp các ứng dụng cho khách hàng thông qua lớp truyền tải. Chức năng: Lớp ứng dụng cung cấp các dịch vụ có băng thông khác nhau và ở nhiều mức độ. Một số loại dịch vụ sẽ thực hiện làm chủ việc thực hiện điều khiển logic của chúng và truy cập trực tiếp tới lớp ứng dụng, còn một số dịch vụ khác sẽ được điều khiển từ lớp điều khiển như dịch vụ thoại truyền thống. Lớp ứng dụng liên kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện mở API. Nhờ đó các nhà cung cấp dịch vụ có thể phất triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng trên các mạng dịch vụ. Lớp quản lý Lớp quản lý là một lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp từ lớp kết nối tới lớp ứng dụng. Tại lớp quản lý, người ta có thể triển khai kế hoạch xây dựng mạng giám sát viễn thông TMN, như một mạng riêng theo dõi và điều phối các thành phần viễn thông đang hoạt động.Tuy nhiên cần phân biệt các chức năng quản lý với các chức năng điều khiển.Vì căn bản NGN dựa trên các giao diện mở và cung cấp rất nhiều loại hình dịch vụ trong một mạng đơn, cho nên mạng quản lý phải làm việc trong một môi trường đa nhà đầu tư, đa nhà khai thác với nhiều loại hình dịch vụ được khai thác. Vai trò của chuyển mạch mềm và IMS trong mạng thế hệ sau NGN Vai trò của chuyển mạch mềm (Softswitch) Chuyển mạch mềm giúp các mạng truyền thống có thể cung cấp các dịch vụ dựa trên nền mạng IP. Cấu trúc này tách riêng điều khiển dịch vụ và truy cập dịch vụ bằng cách sử dụng một lớp lõi dựa trên IP trong mạng chuyển mạch. Nó thực hiện điều khiển các cổng trung kế mở rộng, cổng truy nhập và các server truy nhập từ xa. Chuyển mạch mềm chạy trên hệ điều hành và các máy tính thương mại, nó cung cấp các giao diện lập trình ứng dụng mở. Mỗi nhà cung cấp thiết bị có sự thay đổi khác nhau nhưng nhìn chung là tạo ra sự tách biệt giữa Call Control, Media Gateway, Gateway báo hiệu và tách riêng các phần tử trong Softswitch lõi. Do việc chia tách các thành phần chức năng Softswitch nên sự phân biệt giữa chuyển mạch class 4 và 5 trở nên không cần thiết và các Softswitch có các gói chức năng khác nhau là có thể thay thế cho cả chuyển mạch class 4/5. Các chuyển mạch mềm này được gọi là “supper – class” hoặc “classless” Softswitch. Vai trò của IMS IMS là sự phát triển cao hơn của công nghệ NGN. IMS là một cấu trúc mạng được chuẩn hóa sử dụng giao thức SIP - được thiết kế đầu tiên bởi 3GPP cho việc phát triển các mạng di động từ mạng GSM, sau đó ETSI/TISPAN mới đẩy mạnh nó cho mạng cố định. Nó có thể hỗ trợ các dịch vụ sử dụng bất cứ công nghệ truy nhập nào. Đến nay, IMS đã được chấp nhận bởi các tổ chức chuẩn hóa, các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông và đương nhiên là cả các nhà sản xuất thiết bị. Lý do để nâng cấp từ chuyển mạch mềm lên IMS là vì IMS là một hệ thống mở, được chuẩn hóa, thân thiện với các nhà khai thác, cấu trúc đa phương tiện cho các dịch vụ di động, vô tuyến và cố định. Vậy làm thế nào để tiến lên IMS? Để xây dựng một cấu trúc dựa trên IMS từ mạng TDM, các nhà khai thác có thể bỏ qua quá trình quá độ qua chuyển mạch mềm. Tuy nhiên tiến lên IMS thông qua 2 bước, nghĩa là từ TDM lên một mạng NGN dựa trên chuyển mạch mềm rồi cuối cùng là tiến lên IMS sẽ đảm bảo cho các nhà khai thác có thể phân phối bình đẳng các đặc tính và có nhiều thời gian để chờ hoàn thiện tiêu chuẩn IMS trước khi ứng dụng vào mạng của họ. IMS tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ trong việc xây dựng và triển khai các ứng dụng mới, giúp nhà cung cấp mạng giảm chi phí triển khai, vận hành và quản lý, đồng thời tăng lợi nhuận nhờ các dịch vụ mới. Và cuối cùng IMS mang lại những dịch vụ mới hướng đến sự tiện nghi cho khách hàng. Kết luận chương I Trong chương 1 đã trình bày rõ về cấu trúc tổng quan của mạng thế hệ sau NGN, đồng thời cũng làm rõ vai trò của chuyển mạch mềm và IMS trong mạng thế hệ sau NGN. Mạng thế hệ sau với kiến trúc mở phân lớp sẽ đáp ứng được các yêu cầu về dịch vụ đa dạng trong tương lai. Chuyển mạch mềm giúp các mạng truyền thống có thể cung cấp các dịch vụ dựa trên nền mạng IP. Cấu trúc này tách riêng điều khiển dịch vụ và truy cập dịch vụ bằng cách sử dụng một lớp lõi dựa trên IP trong mạng chuyển mạch. IMS tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ trong việc xây dựng và triển khai các ứng dụng mới, giúp nhà cung cấp mạng giảm chi phí triển khai, vận hành và quản lý, đồng thời tăng lợi nhuận nhờ các dịch vụ mới. Và cuối cùng IMS mang lại những dịch vụ mới hướng đến sự tiện nghi cho khách hàng. Vì vậy quá trình chuyển đổi từ chuyển mạch mềm lên IMS trong NGN là tất yếu. CHƯƠNG II: CHUYỂN MẠCH MỀM VÀ PHÂN HỆ IMS Khái niệm chuyển mạch mềm Chuyển mạch mềm (Softswitch) là khái niệm tương đối mới, xuất hiện lần đầu tiên vào khoảng năm 1995. Hiện nay khái niệm chuyển mạch đang gây nhiều tranh cãi, và có nhiều khái niệm khác nhau, tùy thuộc vào từng hãng viễn thông. ISC là tổ chức đại diện cho các nhà đứng đầu công nghệ, các nhà sản xuất thiết bị viễn thông, ITU và IETF. ISC định nghĩa chuyển mạch mềm là tập hợp các công nghệ cho phép các dịch vụ viễn thông thế hệ mới dựa trên các tiêu chuẩn mở. Đây là điểm khác so với mô hình truyền thống: các dịch vụ, điều khiển cuộc gọi và phần cứng truyền tải là độc quyền. Theo hãng Mobile IN, chuyển mạch mềm là ý tưởng về việc tách phần cứng mạng ra khỏi phần mềm mạng. Theo hãng Nortel, chuyển mạch mềm chính là thành phần quan trọng nhất của mạng thế hệ mới. Chuyển mạch mềm là một phần mềm theo mô hình mở, có thể thực hiện được những chức năng thông tin phân tán trên một môi trường máy tính mở và có chức năng của mạng chuyển mạch thoại TDM truyền thống. Chuyển mạch mềm có thể tích hợp thông tin thoại, số liệu và video. Và nó có thể phiên dịch giao thức giữa các mạng khác nhau. Theo CopperCom, chuyển mạch mềm là tên gọi dùng cho một phương pháp tiếp cận mới trong chuyển mạch thoại, có thể giúp giải quyết được các thiếu sót của các chuyển mạch trong các tổng đài nội hạt truyền thống. Thực chất của khái niệm chuyển mạch mềm chính là phần mềm thực hiện chức năng xử lý cuộc gọi trong hệ thống chuyển mạch có khả năng chuyển tải nhiều loại thông tin với các giao thức khác nhau. Theo thuật ngữ chuyển mạch mềm thì chức năng chuyển mạch vật lý được thực hiện bởi cổng phương tiện (MG), còn xử lý cuộc gọi là chức năng của bộ điều khiển cổng phương tiện (MGC). Việc tách hai chức năng này là một giải pháp tốt nhất vì: Cho phép có một giải pháp phần mềm chung đối với việc xử lý cuộc gọi. Và phần mềm này được cài đặt trên nhiều loại mạng khác nhau, bao gồm cả mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch gói (áp dụng được với các dạng gói và các môi trường truyền dẫn khác nhau). Là động lực cho các hệ điều hành, các môi trường máy tính chuẩn, tiết kiệm đáng kể trong việc phát triển và ứng dụng các phần mềm xử lý cuộc gọi. Cho phép các phần mềm thông minh của các nhà cung cấp dịch vụ điều khiển từ xa thiết bị chuyển mạch đặt tại trụ sở của khách hàng, một yếu tố quan trọng trong việc khai thác tiềm năng của mạng tương lai. Nói tóm lại, chuyển mạch mềm là: Công nghệ chuyển mạch các cuộc gọi trên nền công nghệ gói (như VoIP), và không chuyển mạch trực tiếp các cuộc gọi PSTN (mặc dù có thể hỗ trợ đầu cuối tương tự như máy điện thoại thông thường). Phần mềm hệ thống chạy trên máy chủ có kiến trúc mở (Sun, Intel…) Có giao diện lập trình mở. Hỗ trợ đa dịch vụ, từ thoại, fax, cuộc gọi video đến tin nhắn… Thuật ngữ chuyển mạch mềm cũng được sử dụng như một tên sản phẩm của thành phần chính thực hiện kết nối cuộc gọi như Tác nhân cuộc gọi (Call Agent) hay bộ điều khiển cổng phương tiện MGC (Media Gateway Controller). Kiến trúc của chuyển mạch mềm Kiến trúc chuyển mạch mềm có thể được chia thành các mặt bằng phần mềm như sau (Hình 2.1). Các mặt bằng này thể hiện sự phân chia giữa các thực thể chức năng trong mạng VoIP. Có 4 mặt bằng chức năng riêng biệt được thực hiện bởi chuyển mạch mềm để mô tả chức năng của mạng VoIP đâu cuối tới đầu cuối : Mặt bằng truyền tải. Mặt bằng điều khiển cuộc gọi và báo hiệu. Mặt bằng dịch vụ và ứng dụng. Mặt bằng quản lý. Hình 2.1: Kiến trúc của chuyển mạch mềm Mặt bằng truyền tải. Thực hiện xử lý và truyền tải các bản tin báo hiệu cuộc gọi, cuộc gọi và thiết lập phương tiện qua mạng VoIP. Cơ chế truyền tải được sử dụng dựa trên bất kỳ công nghệ nào phù hợp với các tiêu chuẩn như SS7, ANSI hoặc ITU. Nhìn từ mạng ngoài, mặt bằng này giống như lớp truy nhập có thể vào để sử dụng các dịch vụ điều khiển cuộc gọi. Các thiết bị và các chức năng của mặt bằng này được điều khiển bởi các chức năng trong mặt bằng điều khiển cuộc gọi và báo hiệu. Mặt bằng truyền tải có thể được chia làm 3 miền : Miền truyền tải IP. Miền tương tác (Interworking). Truy nhập không IP. Miền truyền tải IP Miền này bao gồm: Mạng đường trục truyền tải và định tuyến/trường chuyển mạch. Các thiết bị như: các bộ định tuyến và các chuyển mạch. Các thiết bị cung cấp các cơ chế chất lượng dịch vụ (QoS) và các chính sách truyền tải thuộc về miền này. Miền tương tác Gồm có các thiết bị thực hiện biến đổi báo hiệu hoặc phương tiện nhận được từ các mạng ngoài và có thể gửi đến cho các thực thể trong mạng VoIP.Chẳng hạn như, cổng báo hiệu SG (biến đổi báo hiệu truyền tải giữa các lớp truyền tải khác nhau), cổng phương tiện MG ( biến đổi phương tiện giữa các mạng truyền tải và phương tiện khác nhau), và các cổng tương tác IWG (Interworking Gateway) (tương tác báo hiệu trên cùng một lớp truyền tải nhưng giao thức khác nhau). Miền truy nhập không IP Ứng dụng cơ bản đối với các thiết bị đầu cuối không IP và các mạng vô tuyến truy nhập tới mạng VoIP. Gồm có: các cổng truy nhập AG hoặc các cổng thường trú RG cho các thiết bị hoặc máy điện thoại không IP, các thiết bị ISDN, các thiết bị truy nhập tích hợp (IAD) cho các mạng DSL, modem cáp/bộ tương thích thiết bị đa phương tiện (MTA) cho các mạng HFC, và các cổng phương tiện cho mạng truy nhập vô tuyến di động GSM/3G. Mặt bằng điều khiển cuộc gọi và báo hiệu Thực hiện điều khiển các thành phần cơ bản của mạng VoIP, đặc biệt là các thành phần trong mặt bằng truyền tải. Mặt bằng này là trái tim của hệ thống, thực hiện xử lý cuộc gọi và báo hiệu, cụ thể như: xử lý các yêu cầu của thuê bao để thiết lập và giải phóng kênh thoại, thực hiện điều khiển cuộc gọi dựa trên cơ sở các bản tin báo hiệu nhận được, điều khiển các thành phần trong mặt bằng truyền tải, đảm bảo việc biên dịch số và định tuyến theo các con số danh bạ,… Mặt bằng này gồm có các thiết bị như: Bộ điều khiển cổng phương tiện MGC (hay Call Agent hoặc Bộ điều khiển cuộc gọi), Gatekeeper và các máy chủ LDAP. Mặt bằng dịch vụ và ứng dụng. Cung cấp việc điều khiển chức năng và thực thi của máy chủ đặc tính và các ứng dụng khác như các mạng thông minh, tức là cung cấp các dịch vụ khác nhau tới thuê bao. Các thiết bị trong mặt bằng này điều khiển luồng cuộc gọi dựa trên chức năng thực thi dịch vụ và đạt được điều này nhờ việc trao đổi thông tin với các thiết bị khác trong mặt bằng điều khiển cuộc gọi và báo hiệu. Ngoài ra, mặt bằng cũng thực hiện việc điều khiển các thành phần mang đặc biệt như các máy chủ phương tiện, thực hiện các chức năng: hội nghị, IVR, xử lý âm báo. Mặt bằng này bao gồm các thiết bị như: các máy chủ ứng dụng và các máy chủ đặc tính. Mặt bằng quản lý Cung cấp các chức năng hỗ trợ vận hành, tính hoá đơn cước và các công việc quản lý mạng khác. Mặt bằng này có thể tương tác với bất kỳ mặt bằng nào trong ba mặt bằng trên thông qua các tiêu chuẩn hoặc các giao thức thích hợp và các API. Điều đó có nghĩa là mặt bằng trên tạo ra một vùng vận hành và bảo dưỡng. Các thành phần của chuyển mạch mềm Thành phần chính của chuyển mạch mềm là bộ điều khiển thiết bị Media Gateway Controller (MGC ) . Bên cạch đó còn có các thành phần hỗ trợ hoạt động như : Signalling Gateway (SG) , Media Gateway (MG) , Media Server (MS) , Application Server (AS)/Feature Server (FS) . Trong đó Media gateway là thành phần nằm trên lớp Media Layer , Signalling Gateway là thành phần ở trên cùng lớp với MGC ; Media Server và Application Server / Feature Server nằm trên lớp Application và Server Layer . Cách kết nối các thành phần trên được thể hiện ở hình sau : Hình 2.2 : Các thành phần của chuyển mạch mềm Một Media Gateway Controlle có thể quản lý nhiều Media Gateway . Hình trên chỉ minh họa 1 MGC quản lý 1 MG . Và một Media Gateway có thể kết nối nhiều loại mạng khác nhau . Bộ điều khiển cổng phương tiện (MGC) MGC là đơn vị chức năng cơ bản của chuyển mạch mềm , và cũng thường được gọi là Call Agent hay bộ điều khiển cổng (Gateway Controller) , hay chuyển mạch mềm . MGC điều khiển xử lý cuộc gọi , còn MG và SG sẽ thực hiện truyền thong . MGC điều khiển SG thiết lập và kết thúc cuộc gọi . Ngoài ra còn giao tiếp với hệ thống OS và BSS . MGC chính là chiếc kết nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau như PSTN , SS7 , mạng IP . Nó chịu trách nhiệm quản lý lưu lượng thoại và dử liệu qua các mạng khác nhau . Một MGC kết hợp với MG , SG tạo thành cấu hình tối thiểu cho chuyển mạch mềm . Các chức năng của MGC Hình 2.3: Các chức năng của MGC Điều khiển cuộc gọi, duy trì trạng thái của mỗi cuộc gọi trên một MG. Điều khiển và hỗ trợ hoạt động của MG, SG. Trao đổi các bản tin cơ bản giữa 2 MG-F. Xử lý bản tin báo hiệu SS7 (khi sử dụng SIGTRAN). Xử lý các bản tin liên quan QoS như RTCP. Phát hoặc nhận bản tin báo hiệu. Thực hiện định tuyến cuộc gọi (bao gồm bảng định tuyến và biên dịch). Tương tác với AS-F để cung cấp dịch vụ hay đặc tính cho người sử dụng. Ghi lại các thông tin chi tiết của cuộc gọi để tính cước (CDR- Call Detail Record). Quản lý các tài nguyên mạng (port, băng tần…). Cổng báo hiệu (SG) SG thực hiện chức năng cầu nối giữa mạng báo hiệu SS7 và các nút được quản lý bởi chuyển mạch mềm trong mạng IP. SG làm cho chuyển mạch mềm giống như một nút SS7 trong mạng báo hiệu SS7. Nhiệm vụ của SG là xử lý thông tin báo hiệu. Các chức năng của SG Cung cấp một kết nối vật lý đến mạng báo hiệu. Truyền thông tin báo hiệu giữa MGC và SG thông qua mạng IP. Cung cấp đường thoại, dữ liệu và các dạng thông tin khác. Cổng phương tiện (MG) MG cung cấp phương tiện để truyền tải thông tin thoại, dữ liệu, fax và video giữa mạng gói IP và mạng PSTN. Để truyền dữ liệu này vào mạng gói, mẫu thoại cần được nén lại và đóng gói. Đặc biệt ở đây người ta sử dụng một bộ xử lý tín hiệu số DSP (Digital Signal Processors) thực hiện các chức năng: chuyển đổi AD (analog to digital), nén mã thoại/audio, triệt tiếng dội, bỏ khoảng lặng, mã hóa, tái tạo tính hiệu thoại, truyền các tín hiệu DTMF… Các chức năng của MG Truyền dữ liệu thoại sử dụng giao thức thời gian thực (RTP - Real Time Protocol). Cung cấp khe thời gian T1 hay tài nguyên xử lý tín hiệu số (DSP - Digital Signal Processing) dưới sự điều khiển của MGC. Đồng thời quản lý tài nguyên DSP cho dịch vụ này. Hỗ trợ các giao thức đã có như loop-start, ground-start, E&M, CAS, QSIG và ISDN qua T1. Quản lý tài nguyên và kết nối T1. Cung cấp khả năng thay nóng các card T1 hay DSP. Cho phép khả năng mở rộng MG về: cổng (ports), cards, các nút, mà không làm thay đổi các thành phần khác. Máy chủ phương tiện (MS) MS là thành phần tuỳ chọn của chuyển mạch mềm, được sử dụng để xử lý các thông tin đặc biệt. Một MS phải hỗ trợ phần cứng DSP với hiệu suất cao nhất. Các chức năng của MS Chức năng thư thoại. Hộp thư fax tích hợp, hay các thông báo có thể sử dụng thư điện tử, hay các bản tin ghi âm trước (pre-recorded message). Khả năng nhận dạng tiếng nói (nếu có). Khả năng hội nghị truyền hình (video conference). Khả năng chuyển thoại sang văn bản (speech-to-text). 2.3.5. Máy chủ ứng dụng/Máy chủ đặc tính (AS/FS) Máy chủ đặc tính là một máy chủ ở mức ứng dụng, chứa một loạt các dịch vụ của doanh nghiệp. Chính vì vậy nó còn được gọi là máy chủ ứng dụng thương mại. Do hầu hết các máy chủ tự quản lý các dịch vụ và truyền thông qua mạng IP nên chúng không ràng buộc nhiều với chuyển mạch mềm về việc phân chia hay nhóm các thành phần ứng dụng. Các dịch vụ bổ sung có thể trực thuộc Call Agent, hoặc cũng có thể thực hiện một cách độc lập. Những ứng dụng này giao tiếp với Call Agent thông qua các giao thức như: SIP, H.323,… Chúng thường độc lập với phần cứng nhưng lại yêu cầu truy nhập cơ sở dữ liệu đặc trưng. Chức năng chính Xác định tính hợp lệ và hỗ trợ các thông số dịch vụ thông thường cho hệ thống đa chuyển mạch. Khái niệm phân hệ IMS IMS (IP multimedia subsystem) là một chuẩn dựa trên mạng IP sử dụng cả mạng cố định và không dây, cung cấp các dịch vụ đa phương tiện bao gồm: audio, video, thoại, văn bản và dữ liệu. Các dịch vụ này có thể chia thành ba loại sau: Dịch vụ không yêu cầu thời gian thực như tin nhắn đa phương tiên MMS. Dịch vụ gần thời gian thực như Push to talk, dịch vụ game. Dịch vụ thời gian thực như thoại, audio/video, hội nghị truyền hình. IMS có khả năng hội tụ mạng cố định và không dây FMC. IMS thực hiện được điều này nhờ cấu trúc phân lớp ngang tức là các lớp độc lập với nhau . Lớp đầu tiên là lớp mạng, truyền tải dung lượng báo hiệu và dữ liệu. Lớp này bao gồm các Switch, Router, Media GateWay, Media Server. Lớp này có thể kết nối tới nhiều loại mạng khác nhau: Mạng đi động 3G (UMTS, CDMA, WCDMA) Mạng di động 2.5G (GPRS) Mạng IP có dây (xDSL, Cable) và không dây (WLAN, WiMAX) PSTN, IDSL Lớp thứ hai là lớp điều khiển. Bao gồm các phần tử của mạng báo hiệu (CSCF, HSS, MGCF...), có khả năng điều khiển phiên chung, điều khiển luồng dữ liệu và điều khiển luồng truy nhập thông qua các giao thức báo hiệu như SIP, Diameter, H248 (MEGACO). Lớp này là mạng lõi của IMS. Lớp thứ ba là lớp dịch vụ. Lớp này bao gồm các Server ứng dụng AS như Server ứng dụng SIP, Server truy nhập dịch vụ dành cho nhà cung cấp thứ 3 và các điểm điều khiển dịch vụ. IMS điều khiển dịch vụ thông qua mạng thuê bao nhà và các thành phần mạng báo hiệu trong lớp dịch vụ và lớp điều khiển. Cấu trúc phân hệ IMS Hình 2.4: Cấu trúc phân hệ của IMS Kiến trúc IMS được phân thành 3 lớp : lớp ứng dụng, lớp điều khiển (hay còn gọi là lớp IMS hay IMS lõi) và lớp vận tải (hay lớp người dùng). Lớp dịch vụ bao gồm các máy chủ ứng dụng  AS (Application Server) và các máy chủ thuê bao thường trú HSS (Home Subscriber Server). Lớp điều khiển bao gồm nhiều hệ thống con trong đó có hệ thống IMS lõi. Lớp vận tải bao gồm thiết bị người dùng UE (User Equipment), các mạng truy nhập kết nối vào mạng lõi IP. Hai thực thể chức năng NASS và RACS định nghĩa bởi TISPAN có thể được xem như thuộc lớp vận tải hay thuộc lớp điều khiển ở trên. Lớp dịch vụ  Máy chủ ứng dụng AS (Application Server)  là nơi chứa đựng và vận hành các dịch vụ IMS. AS tương tác với S-CSCF thông qua giao thức SIP để cung cấp dịch vụ đến người dùng. Máy chủ VCC (Voice Call Continuity), đang được phát triển và chuẩn hóa bởi 3GPP, là một ví dụ về máy chủ ứng dụng AS. AS có thể thuộc mạng thường trú hay thuộc một mạng thứ ba nào đó. Nếu AS là một phần của mạng thường trú, nó có thể giao tiếp trực tiếp với HSS thông qua giao thức DIAMETER để cập nhật thông tin về hồ sơ người dùng (user profiles). AS có thể cung cấp các dịch vụ như quản lý sự hiện diện (presence) của người dùng trên mạng, quản lý quá trình hội thảo trực tuyến, tính cước trực tuyến… Máy chủ quản lý thuê bao thường trú HSS (Home Subscriber Server) có thể xem như là một cải tiến của bộ đăng ký định vị thường trú HLR (Home Location Register). HSS là một cơ sở dữ liệu lưu trữ thông tin của tất cả khách hàng thuê bao. Nó chứa đựng các thông tin như nhận dạng người dùng, tên của S-CSCF gán cho người dùng, hồ sơ roaming, thông số xác nhận thực cũng như thông tin về dịch vụ thuê bao.  Trong trường hợp có nhiều HSS trong cùng một mạng, chức năng định vị người dùng SLF (Subscriber location Function) sẽ được thiết lập nhằm xác định HSS nào đang chứa hồ sơ của người dùng tương ứng.  Lớp lõi IMS Chức năng của lõi IMS là quản lý việc tạo lập phiên liên lạc và dịch vụ đa phương tiện. Các chức năng của nó bao gồm: CSCF (Call Session Control Function) có nhiệm vụ thiết lập, theo dõi, hỗ trợ và giải phóng các phiên đa phương tiện cũng như quản lý những tương tác dịch vụ của người dùng. CSCF được phân ra 3 loại : Serving-CSCF, Proxy-CSCF và Interogating-CSCF. Proxy-CSCF (P-CSCF) là một proxy SIP. Sở dĩ gọi là proxy vì nó có thể nhận các yêu cầu dịch vụ, xử lý nội bộ hoặc chuyển tiếp yêu cầu đến các bộ phận khác trong hệ thống IMS. Đây là điểm kết nối đầu tiên giữa hạ tầng IMS và người dùng IMS/SIP. Một vài hệ thống mạng có thể dùng SBC (Session Border Controller) để thực hiện chức năng này. Để kết nối với hệ thống IMS, người dùng trước tiên phải đăng ký với P-CSCF trong mạng mà nó đang kết nối. Địa chỉ của P-CSCF được truy cập thông qua giao thức DHCP hoặc sẽ được cung cấp khi người dùng tiến hành thiết lập kết nối PDP (Packet Data Protocol) trong mạng thông tin di động gói tế bào. Chức năng của P-CSCF bao gồm: P-CSCF nằm trên đường truyền của tất cả các thông điệp báo hiệu trong hệ thống IMS. Nó có khả năng kiểm tra bất kỳ thông điệp nào. P-CSCF có nhiệm vụ đảm bảo chuyển tải các yêu cầu từ UE đến máy chủ SIP (ở đây là S-CSCF) cũng như những thông điệp phản hồi từ máy chủ SIP về UE. P-CSCF xác thực người dùng và thiết lập kết nối bảo mật IPSec với thiết bị IMS của người dùng. Nó còn có vai trò ngăn cản các tấn công như spoofing, replay để đảm bảo sự bảo mật và an toàn cho người dùng.   P-CSCF cũng có thể nén và giải nén các thông điệp SIP để giảm thiểu khối lượng thông tin báo hiệu truyền trên những đường truyền tốc độ thấp. P-CSCF có thể tích hợp chức năng quyết định chính sách PDF (Policy Decision Function) nhằm quản lý và đảm bảo QoS cho các dịch vụ đa phương tiện. P-CSCF cũng tham gia vào quá trình tính cước dịch vụ. Serving-CSCF (S-CSCF)  là một nút trung tâm của hệ thống báo tín hiệu IMS. S-CSCF vận hành giống như một máy chủ SIP nhưng nó bao hàm cả chức năng quản lý phiên dịch vụ. Các chức năng chính của S-CSCF bao gồm: Tiến hành các đăng ký SIP nhằm thiết lập mối liên hệ giữa địa chỉ người dùng (địa chỉ IP của thiết bị) với địa chỉ SIP. S-CSCF đóng vai trò như một máy chủ Registar trong hệ thống SIP. S-CSCF tham gia trong tất cả các quá trình báo hiệu từ hệ thống IMS về người dùng. Nó có thể kiểm tra bất kỳ thông điệp nào nếu muốn. S-CSCF