Đề tài Phân hệ đa phương tiện IMS (IP Multimedia Subsystem)

một cách đơn thuần mà trở thành tâm điểm trong việc phấn phối dung lượng thông tin trong mạng, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng dịch vụ cũng như kịp thời thay đổi để đáp ứng các tình huống khác nhau của khách hàng. Tóm lại: 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. 1.4.2 Nhược điểm của IMS IMS đang thiếu một mô hình kinh doanh có sức thuyết phục để các nhà cung cấp mạng chấp nhận triển khai IMS. Điểm nối bật của IMS là hướng đến một mô hình mạng hội tụ. Tuy nhiên, điều này không dễ dàng thuyết phục một nhà cung cấp mạng triển khai IMS. Với IMS, khách hàng đăng ký với một nhà cung cấp mạng (network operator) có thể dùng dịch vụ của nhiều nhà cung cấp dịch vụ (service providers)  khác nhau. Do vậy, IMS sẽ dẫn đến sự cạnh tranh giữa nhà cung cấp mạng và những nhà cung cấp dịch vụ nội dung của thế giới Internet (Microsoft, Google…). Thay vì tăng thêm lợi nhuận nhờ các dịch vụ giá trị gia tăng, nhà cung cấp mạng có thể sẽ phải chịu thất bại trong việc cạnh tranh với các nhà cung cấp dịch vụ. Do vậy, nhiều nhà cung cấp mạng đang còn rất dè dặt khi quyết định triển khai IMS. Đây là một vấn đề mang tính chiến lược chứ không phải là một vấn đề về công nghệ. Về mặt kỹ thuật, một trong những điểm yếu mà nhiều người nhắc đến nhiều nhất là tính bảo mật của IMS. Trong các yếu tố về bảo mật có thể kể đến các vấn đề liên quan đến quản lý nhận dạng người dùng bao gồm các lỗi như Call ID spoofing, ăn cắp ID, tấn cống DoS/DDoS, spam. Điểm yếu bảo mật nằm ở thiết bị SIP vì nó chưa có một cơ chế chứng nhận thực tốt như trong mạng thông tin di động tế bào (ví dụ bảo mật qua SIM). Thêm vào đó là sự hội tụ giữa nhiều loại hình mạng cũng gây không ít khó khăn trong việc quản lý bảo mật. Hiện tại, Release 8 của 3GPP đang xem xét một cách nghiêm túc vấn đề bảo mật này. IMS hướng đến hội tụ, hướng đến việc nhiều hệ thống, nhiều mạng có thể tương vận với nhau. Tuy nhiên, đây cũng chính là một khó khăn mà IMS đang gặp phải. Việc các thiết bị có nguồn gốc từ nhiều nhà sản xuất khác nhau có thể tương vận được với nhau không phải là một điều dễ dàng. Bên cạnh đó, nhiều giao thức cũng chưa được chấp nhận và triển khai rộng rãi, ví dụ như trường hợp của giao thức DIAMETER. IMS chỉ tập trung đến quản lý dịch vụ, do đó thiếu các ứng dụng “hấp dẫn” mang đặc thù riêng của IMS. Đa phần các dịch vụ mà IMS hiện đang hỗ trợ đều có thể thực hiện được không cần đến IMS (ví dụ sử dụng SIP). Hệ thống IMS khá phức tạp và chi phí để triển khai một hệ thống như thế là không nhỏ. Bên cạnh đó, hiện chưa có giải pháp cho việc chuyển tiếp dần từ mạng hiện tại lên IMS. Và một câu hỏi đặt ra là liệu các nhà cung cấp mạng có thể sử dụng lại những dịch vụ đã tồn tại mà không cần phải thay đổi quá nhiều. IMS hướng đến dịch vụ đa phương tiện, tuy nhiên tính đến thời điểm này các dịch vụ như P2P, IPTV, VPN còn chưa được tích hợp và chuẩn hóa trên nền IMS.   Mặc dù IMS nhắm đến việc đảm bảo chất lượng dịch vụ nhưng việc đảm bảo chất lượng dịch vụ khi chuyển đổi từ loại hình mạng này sang loại hình mạng khác (trong môi trường mạng hội tụ), hay từ mạng của nhà cung cấp mạng này sang mạng của nhà cung cấp mạng khác vẫn còn là một vấn đế chưa được giải quyết. Kiến trúc IMS thiếu một thực thể trung tâm để quản lý tài nguyên chung. Bài toán quản lý di động, chuyển giao giữa nhiều loại hình mạng khác nhau, cũng đặt ra những khó khăn nhất định cho việc cung cấp quản lý dịch vụ IMS. Bên cạnh các chức năng kể trên, muốn vận hành tốt IMS cần phải có các chức năng theo dõi, quản lý và sữa lỗi của hệ thống. Trong môi trường mạng hội tụ, nếu một cuộc gọi bị rớt, chưa có một cơ chế nào để có thể xác định vị trí diễn ra lỗi (debugging). IMS là một giải pháp hứa hẹn cho việc quản lý dịch vụ trong thế hệ mạng tiếp theo. IMS là một bước đi mang tính chiến lược lâu dài của nhiều công ty và tập đoàn viễn thông. Trong thời gian ngắn sắp tới, sẽ còn nhiều thay đổi xoay quanh giải pháp IMS nhằm hoàn thiện những điểm yếu của nó. Tất cả những giải pháp IMS hiện tại chỉ là một giải pháp sớm (early IMS), giải pháp IMS đầy đủ (full IMS) vẫn còn đang trong giai đoạn nghiên cứu và chuẩn hóa. 1.5. Kết luận chương 1. Chương 1 đã giới thiệu tổng quan về IMS, những khái niệm cơ bản liên quan đến IMS, trình bày về xu hướng phát triển của IMS trong lĩnh vực dịch vụ của viễn thông, những ưu điểm và những hạn chế khi sử dụng IMS Chương 2: Kiến trúc phân hệ và các giao thức trong IMS 2.1. Giới thiệu IMS là một chuẩn dựa trên mạng viễn thông toàn IP mà nó sử dụng cả mạng có dây và không dây hiện tại với sự đa dạng các dịch vụ đa phương tiện bao gồm: audio, video, thoại , văn bản, và dữ liệu. 2.2. Kiến trúc và chức năng các phần tử trong IMS. IMS chúng ta cần chú ý một điều rằng 3GPP không chuẩn hóa các node mà là các chức năng. Điều này có nghĩa rằng kiến trúc của IMS là sự tổ hợp của các chức năng được gắn kết với nhau thông qua các giao tiếp đã được chuẩn hóa. Kiến trúc IMS được phân thành 3 lớp : lớp dịch vụ (lớp ứng dụng), lớp điều khiển (hay còn gọi là lớp IMS hay IMS lõi) và lớp truyền tải (hay lớp người dùng). Hình 2.1. Kiến trúc phân lớp của IMS. a. 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). b. Lớp điều khiển bao gồm nhiều hệ thống con trong đó có hệ thống IMS lõi. c. Lớp truyền 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. 2.2.1. Lớp dịch vụ. 2.2.1.1. Máy chủ ứng dụng (Appication Server - AS). AS là một thành phần SIP, thực hiện chức năng tiếp nhận và xử lý dịch vụ. Tùy thuộc vào dịch vụ thực tế mà AS hoạt động trong chế độ SIP Proxy, SIP UA hay SIP B2BUA. Các AS kết nối với S-CFCS thông qua giao tiếp SIP. Có 3 loại AS: SIP AS, OSA-SCS, IM-SSF. Các máy chủ OSA-SCS, IM-SSF đóng vai trò làm cầu nối để IMS giao tiếp với OSA và gsmSCF. Ngoài ra các máy chủ có thể được kết nối tới HSS để tải về hoặc gửi lên các thông tin dữ liệu của khách hàng. SIP AS, OSA-SCS giao tiếp với HSS thông qua giao thức Diameter trong khi đó IM-SSF sử dụng giao tiếp MAP (Mobile Application Part). AS có thể đặt ở mạng nhà hoặc ở mạng ngoài mà nhà điều hành mạng nhà xác nhận sự đồng ý dịch vụ. Nếu AS đặt ở ngoài mạng nhà, nó không tương tác với HSS.Các AS được mô tả theo Hình 2.2: Hình 2.2. Các máy chủ ứng dụng IMS. SIP AS: Đây là AS thụ động thực hiện chức năng tiếp nhận và xử lý các dịch vụ đa phương tiện IP dựa trên nền SIP. Máy chủ tiềm trữ phục vụ OSA: OSA-SCS (Open Service Access –Service capability Server): AS này cung cấp một giao tiếp đến máy chủ ứng dụng truy nhập dịch vụ mở (OSA), thừa hưởng tất cả các tính năng của OAS đặc biệt là khả năng truy nhập bảo mật từ các mạng bên ngoài. OSA-SCS giao tiếp với máy chủ ứng dụng OSA thông qua giao diện lập trình ứng dụng API (Application Programming Interface). Chức năng chuyển mạch đa dịch vụ IP: IM-SSF (IP Multimedia Service Switching Function): Đây là máy chủ ứng dụng đặc biệt cho phép IMS tái sử dụng lại dịch vụ logic cao cấp của những ứng dụng theo yêu cầu khách hàng mạng di động (CAMEL - Customized Applications for Mobile network Enhanced Logic) mà đã được phát triển trong hệ thống GSM. IM-SSF cho phép chức năng điều khiển dịch vụ GSM (GMSSCF – GSM Service Control Function) thực hiện điều khiển các phiên IMS. IM-SSF giao tiếp với GMSCSF thông qua giao tiếp CAP (CAMEL Application Part). 2.2.1.2. Máy chủ quản lý Cơ sở dữ liệu (CSDL) HSS và SLF. Máy chủ quản lý thuê bao thường trú HSS (Home Subscriber Server) là trung tâm lưu trữ cho thông tin người dùng, nó được phát triển từ HLR (Home Location Register) trong hệ thống GSM. HSS là một cư sở dữ liệu lưu trữ thông tin của tất các các thuê bao khách hàng. Dữ liệu này bao gồm thông tin vị trí, thông tin bảo mật (bao gồm cả thông tin nhận thực và cho phép), thông tin hồ sơ thuê bao (bao gồm các dịch vụ mà người dùng đã đăng ký) và S-CSCF được phân bổ cho thuê bao… Trong một mạng IMS có thể có nhiều hơn một HSS, thông thường HSS được xây dựng theo cơ chế có dự phòng để tránh bị mất thông tin khi có lỗi xảy ra. Chức năng định vị thuê bao SLF (Subscriber location Function) là một CSDL nhằm xác định thông tin của khách hàng đang được lưu trên HSS nào. Chính vì vậy với những mạng mà chỉ có 1 HSS thì không yêu cầu phải có SLF, tuy nhiên trong trường hợp có nhiều HSS trong cùng một mạng, chức năng định vị người dùng SLF sẽ được thiết lập nhằm xác định HSS nào đang chứa hồ sơ của người dùng tương ứng.  Cả HSS và SLF đều hoạt động theo giao thức Diameter với ứng dụng dành riêng cho IMS. 2.2.2. 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: 2.2.2.1. Chức năng điều khiển phiên gọi (CSCF - Call Session Control Function). Chức năng này là đặc biệt cần thiết cho IMS, làm nhiệm vụ xử lý các bản tin báo hiệu SIP trong hệ thống IMS. CSCF 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. Tùy thuộc vào chức năng mà nhà khai thác cung cấp CSCF có 3 loại: -   P-CSCF (Proxy-CSCF). -   I-CSCF (Interrogating-CSCF). UE S-CSCF BGCF HSS I-CSCF P-CSCF MGCF IMS-MGW -   S-CSCF (Serving-CSCF). Hình 2.3. Kiến trúc các 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. P-CSCF là điểm kết nối đầu tiên (chức năng báo hiệu) giữa các đầu cuối IMS và mạng IMS - là điểm kết nối đầu tiên giữa hạ tầng IMS và người dùng IMS/SIP. Theo quan điểm từ SIP thì P-CSCF đóng vai trò là một máy chủ outbound/inbound SIP Proxy, điều này có nghĩa rằng tất cả các yêu cầu khởi tạo phiên được xuất phát hoặc gửi đến một đầu cuối IMS đều phải chuyển giao qua P-CSCF sau đó nó thực hiện chuyển tiếp các bản tin SIP yêu cầu và đáp ứng tới hướng tương ứng. Để kết nối với hệ thống IMS, người dùng trước tiên phải đăng ký với P-CSCF trong mạng mà nó đang kết nối. Một P-CSCF được chỉ định cho một đầu cuối IMS trong suốt quá trình đăng ký và không thay đổi trong khoảng thời gian này. 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, điều này ngăn chặn quá trình khởi tạo các bản tin không đúng theo khuôn dạng của SIP từ các đầu cuối IMS. - 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 bao gồm các chức năng nén và giải nén các bản tin SIP. Cơ chế này giúp giảm được thời gian trễ khi truyền lan các bản tin SIP trong mạng, 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. - P-CSCF có thể được đặt trong mạng chủ hoặc mạng khách, đối với mạng di động dựa trên nền GPRS, P-CSCF luôn được đặt cùng vị trí với nút hỗ trợ cổng vào ra GPRS (GGSN - Gateway GPRS Support Node). 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, có nghĩa là S-CSCF duy trì một liên kết giữa vị trí người dùng (như địa chỉ IP mà người dùng log vào hệ thống) và bản ghi địa chỉ SIP của người dùng. - 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 giữ vai trò quyết định chọn lựa AS nào sẽ cung cấp dịch vụ cho người dùng. Nó giữ vai trò định tuyến dịch vụ thông qua việc sử dụng giải pháp DNS/ENUM (Electronic Numbering). - S-CSCF thực hiện các chính sách của nhà cung cấp dịch vụ. S-CSCF tương tác với máy chủ AS để yêu cầu các hỗ trợ dịch vụ cho khách hàng. S-CSCF liên lạc với HSS để lấy thông tin, cập nhật thông tin về hồ sơ người dùng và tham gia vào quá trình tính cước dịch vụ. - S-CSCF luôn được đặt trong mạng chủ. Interrogating-CSCF (I-CSCF) trong hệ thống mạng của một nhà cung cấp dịch vụ là điểm liên lạc cho tất cả các kết nối hướng đến một UE nằm trong mạng đó. Địa chỉ IP của I-CSCF được chứa trong máy chủ DNS của hệ thống. Chức năng của I-CSCF bao gồm: - Định tuyến thông điệp yêu cầu SIP nhận được từ một mạng khác đến S-CSCF tương ứng. Để làm được điều này, I-CSCF sẽ liên lạc với HSS (thông qua DIAMETER) để cập nhật địa chỉ S-CSCF tương ứng của người dùng. Nếu như chưa có S-CSCF nào được gán cho UE, I-CSCF sẽ tiến hành gán một S-CSCF cho người dùng để nó xử lý yêu cầu SIP.  - Ngược lại, I-CSCF sẽ định tuyến thông điệp yêu cầu SIP hoặc thông điệp trả lời SIP đến một S-CSCF/I-CSCF nằm trong mạng của một nhà cung cấp dịch vụ khác. - I-CSCF còn mã hoá các phần của các thông điệp SIP mà chứa các thông tin nhạy cảm về vùng như: số lượng server trong vùng, tên DNS hay dung lượng của chúng. Chức năng này còn được gọi là THIG, nó thường không được triển khai bởi hầu hết các mạng. - I-CSCF thường đặt trong mạng chủ.Trong một vài trường hợp đặc biệt (I-CSCF có tính năng THIG) nó có thể được đặt ở một mạng khách. 2.2.2.2.Chức năng điều khiển cổng vào ra (BGCF). MGCF ( Media Gateway Control Function) có nhiệm vụ quản lý cổng phương tiện, bao hàm các chức năng như: liên lạc với S-CSCF để quản lý các cuộc gọi trên kênh phương tiện, làm trung gian chuyển đổi (conversion) giữa giao thức báo hiệu ISUP và SIP. MGCF quản lý một hay nhiều  IM-MGW (IP Multimedia-Media Gateway). IM-MGW sẽ tương tác với MGCF để quản lý tài nguyên. IM-MGW đóng vai trò là điểm chuyển đổi nội dung đa phương tiện giữa mạng chuyển nối gói và chuyển nối mạch khi thông tin truyền từ mạng này sang mạng khác. 2.2.2.3. Chức năng điều khiển cổng truyền thông MGCF. MGCF ( Media Gateway Control Function) có nhiệm vụ quản lý cổng phương tiện, bao hàm các chức năng như: liên lạc với S-CSCF để quản lý các cuộc gọi trên kênh phương tiện, làm trung gian chuyển đổi (conversion) giữa giao thức báo hiệu ISUP và SIP. MGCF quản lý một hay nhiều  IM-MGW (IP Multimedia-Media Gateway). IM-MGW sẽ tương tác với MGCF để quản lý tài nguyên. IM-MGW đóng vai trò là điểm chuyển đổi nội dung đa phương tiện giữa mạng chuyển nối gói và chuyển nối mạch khi thông tin truyền từ mạng này sang mạng khác. 2.2.2.4. Chức năng tài nguyên truyền thông MRF. Kiến trúc liên quan đến chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF) được thể hiện trong hình 2.4 như sau: AS MRFP MRFC S-CSCF Hình 2.4. Kiến trúc MRF. Chức năng này cung cấp tài nguyên truyền thông trong mạng chủ với khả năng vận hành thông báo, pha trộn luồng dữ liệu, chuyển đổi các loại mã khác nhau và sắp xếp dữ liệu đã được phân tích trong hệ thống IMS. MRF luôn được đặt trong mạng chủ IMS. Chức năng quản lý tài nguyên đa phương tiện MRF (Media Resource Function) có thể phân ra thành 2 thành phần: MRFC (Media Resource Function Controller) và MRFP (Media Resource Function Processor). - MRFC có vai trò quản lý tài nguyên cho các dòng dữ liệu đa phương tiện trong MRFP (Media Resource Function Processor), giải mã thông điệp đến từ máy chủ ứng dụng AS truyền qua S-CSCF, điều khiển MRFP tương ứng cũng như tham gia vào quá trình tính cước. - MRFP đóng vai trò quan trọng trong việc thích ứng nội dụng dịch vụ, chuyển đổi định dạng (transcoding) nội dung. 2.2.3. Lớp truyền tải. Chúng ta xem NASS và RACF là 2 thành phần thuộc lớp vận tải. Vài trò của 2 thành phần này được miêu tả dưới đây: 2.2.3.1. NASS (Network Attachment Subsystem). Chức năng chính của NASS bao gồm: - Cung cấp một cách linh hoạt địa chỉ IP cũng như các thông số cấu hình khác cho UE (sử dụng DHCP). Nhận thực người dùng trước và trong quá trình cấp phát địa chỉ IP. Cấp phép cho mạng truy nhập dựa trên hồ sơ mạng. Quản lý định vị người dùng. Hỗ trợ quá trình di động và roaming của người dùng. 2.2.3.2. RACF (Resource & Admission Control Functionality). RACF bao gồm 2 chức năng chính là: chức năng quyết định chính sách dịch vụ (S-PDF) và chức năng điều khiển chấp nhận kết nối và tài nguyên truy nhập (A-RACF). S-PDF (Serving Policy Decision Function), dưới yêu cầu của các ứng dụng, sẽ tạo ra các quyết định về chính sách (policy) bằng việc sử dụng các luật chính sách và chuyển những quyết định này tới A-RACF. S-DPF cung cấp một cách nhìn trừu tượng về các chức năng truyền tải với nội dung hay các dịch vụ ứng dụng. Bằng cách sử dụng S-DPF, việc xử lý tài nguyên sẽ trở nên độc lập với việc xử lý dịch vụ. A-RACF (Access Resource and admission Control Function) nhận các yêu cầu về tài nguyên QoS từ S-PDF. A-RACF sẽ sử dụng thông tin QoS nhận được từ S-PDF để quyết định chấp nhận hay không chấp nhận kết nối. A-RACF cũng thực hiện chức năng đặt trước tài nguyên và điều khiển các thực thể NAT/Firewall. 2.2.3.3. PSTN/CS Gateway. PSTN gateway cung cấp giao diện đến mạng chuyển mạch kênh, cho phép các đầu cuối IMS có thể thực hiện và nhận các cuộc gọi đến và từ PSTN (hoặc bất cứ mạng chuyển mạch kênh nào). IMS kết nối tới mạng PSTN/CS thông qua cổng giao tiếp PSTN chức năng này được phân chia thành 3 chức năng nhỏ: SGW, MGCF, MGW như trong Hình 2.5. Hình 2.5. Kết nối IMS và mạng PSTN/CS. Signalling Gateway (SGW) SGW giao diện với mặt bằng báo hiệu của mạng chuyển mạch kênh. SGW chuyển đổi giao thức ở lớp thấp, ví dụ, một SGW chuyển MTP sang SCTP trên nền IP. Nhu vậy, SGW chuyển đổi ISUP hay BICC trên MTP thành ISUP/BICC trên SCTP/IP, để SS7 chạy trên nền IP. Media Gateway (MGW) MGW giao diện với mặt bằng phương tiện của mạng chuyển mạch kênh. Một mặt nó có thể gửi và nhận với IMS qua RTP. Mặt khác nó sử dụng một hay nhiều khe PCM để kết nối với mạng chuyển mạch kênh. Hơn nữa MGW thực hiện chuyển mã khi các đầu cuối IMS không hỗ trợ các kiểu mã hoá được sử dụng bởi CS (điều này xảy ra khi đầu cuối IMS sử dụng mã AMR còn đầu cuối PSTN sử dụng kiểu mã hoá G.711). 2.2.3.4. IMS GW và TrGW. Như đã nói, IMS hỗ trợ hai phiên bản IP là IPv4 và IPv6. Tại một số điểm của một phiên, sự liên mạng giữa hai phiên bản này có thể xảy ra. Để có thể chuyển đổi giữa IPv4 và IPv6 mà không cần một thiết bị hỗ trợ nào, IMS có thêm hai thực thể chức năng để cung cấp quá trình chuyển đổi, đó là: IMS Application Layer Gateway(IMS- ALG) và Transition Gateway (TrGW). Hình 1.6 thể hiện mối quan về giữa IMS-ALG, TrGW và các phần của IMS. IMS-ALG đóng vai trò như một SIP B2BUA để duy trì 2 phần báo hiệu độc lập, một hướng đến mạng IMS và một hướng đến mạng khác. Mỗi phần này chạy trên 2 phiên bản IP khác nhau. Hình 2.6. IMS-ALG và TrGW. Thêm nữa, IMS-ALG sẽ viết lại SDP bằng cách thay đổi địa chỉ IP và số port được tạo bởi đầu cuối với một hay nhiều địa chỉ IP và port được cấp phát bởi TrGW. IMS- ALG tương tác với I-CSCF cho lưu lượng vào và với S-CSCF cho lưu lượng ra qua giao diện Mx. TrGW thực sự là một NAT-PT/NAPT-PT (Network Address Port Translator- Protocol Translator). Nó được cấu hình với một pool của IPv4 được tự động cấp phát cho một phiên. TrGW thực hiện việc chuyển đổi tại mặt bằng phương tiện (như RTP, RTCP). 2.2.3.5. Mạng truy nhập. Truy nhập đến mạng lõi thông qua các border Gateway (GGSN/PDG/BAS): + Với GPRS/UMTS, GGSN nhận thực UE và điều khiển việc thiết lập các kênh phương tiện bằng cách sử dụng PDP. SGSN kết nối RAN đến mạng lõi. Nó có nhiệm vụ thực hiện cả chức năng điều khiển và xử lý lưu lượng cho mạng PS. Phần điều khiển gồm hai chức năng chính: quản lý sự thay đổi và quản lý phiên. Hình 2.7. mạng truy nhập tới IMS. Quản lý thay đổi giám sát vị trí và trạng thái của UE và nhận thực cả thuê bao và UE. Quản lý phiên xử lý điều khiển cho phép kết nối và bất cứ thay đổi nào trong những kết nối dữ liệu hiện có. Xử lý lưu lượng là một phần của quản lý phiên. GGSN cung cấp liên kết với mạng dữ liệu gói bên ngoài (IMS hay Internet). Nói cách khách GGSN định tuyến các gói IP chứa báo hiệu SIP từ UE đến P-CSCF. + Với WLAN, PDG điều khiển việc thiết lập tunnel thông qua mạng truy nhập đến UE. Những tunnel này có bảo mật nhưng không có QoS. + Với 3GPP Release 7 hỗ trợ kết nối IP trên mạng truy nhập hữu tuyến qua DSL hay Cable. 2.3. Các điểm tham chiếu IMS. Hình 2.8. Các điểm tham chiếu trong IMS. Điểm tham chiếu IMS có nhiệm vụ là điểm nối giữa các thực thể trong và ngoài mạng IMS, trao đổi các thông tin và báo hiệu, tính năng của các điểm tham chiếu được mô tả trong Bảng 2.1. Điểm Thực thể liên quan Mục đích Giao thức Cr MRFC, AS MRFC nhận tư liệu (các kịch bản và tài nguyên ) từ một AS HTTP Cx I-CSCF, S-CSCF, HSS Thông tin giữa HSS và I-CSCF/S-CSCF Diameter Dh SIP AS, OSA, SCF, IM-SSF, HSS AS sử dụng để tìm chính xác HSS cần thiết trong môi trường nhiều HSS Diameter Dx I-CSCF, S-CSCF, SLF I-CSCF/S-CSCF sử dụng để tìm chính xác HSS cần thiết trong môi trường nhiều HSS Diameter Gm UE, P-CSCF Truyền tải tất cả các bản tin báo hiệu SIP giữa UE và IMS SIP Go PDF, GGSN Cho phép nhà khai thác điều khiển QoS trong mặt phẳng người dùng và chuyển đổi thông tin liên quan đến tính cước giữa IMS và mạng GPRS COPS Gq P-CSCF, PDF Truyền tải thông tin liên quan đến quyết định chính sách giữa P-CSCF và PDF Diameter ISC S-CSCF, I-CSCF, AS Truyền tải tất cả các bản tin giữa AS và CSCF SIP Mg MGCF -» I-CSCF MGCF chuyển đổi bản tin báo hiệu ISUP thành bản tin báo hiệu SIP và chuyển tiếp tới I –CSCF SIP Mi S-CSCF -» BGCF Truyền tải thông tin qua lại giữa S-CSCF và BGCF SIP Mj BGCF -> MGCF Truyền tải thông tin qua lại giữa BGCF và MGCF trong cùng một mạng lõi IMS SIP Mk BGCF -> BGCF Truyền tải thông tin qua lại giữa BGCF và MGCF thuộc các mạng IMS khác nhau. SIP Mm I-CSCF, S-CSCF, mạng IP ngoài Truyền tải thông tin qua lại giữa các mạng IP và IMS SIP Mn MGCF, IM-MGW Điều khiển tài nguyên trong mặt phẳng người dùng H.248 Mp MRFC, MRFP Truyền tải thông tin qua lại giữa MRFP và MRFC H.248 Mr S-CSCF, MRFC Truyền tải thông tin qua lại giữa S-CSCF và MRFC SIP Mw P-CSCF, I-CSCF, S-CSCF Truyền tải tất cả các bản tin báo hiệu giữa các CSCF SIP Rf Các CSCF, BGCF, MGCF, AS, MRFC,CDF Các thực thể IMS sử dụng trong tính cước offline đến OCS. Diameter Ro AS, MRCF, OCS, S-CSCF AS, MRCF, S-CSCF sử dụng cho tính cước trực tuyến tới OCS Diameter Rx P-CSCF, AS, CRF Thông tin dịch vụ liên quan tính cước động được chuyển giữa CRF và các thực thể IMS Diameter Sh SIP AS, OSA SCS, HSS Truyền tải thông tin giữa SIP AS/OSA SCS và HSS Diameter Si IM-SSF, HSS Truyền tải tất cả các bản tin giữa IM-SSF và HSS MAP Ut UE, AS (SIP AS, OSA SCS, IM-SSF) Cho phép UE quản lý các thông tin liên qua đến dịch vụ của mình HTTP Bảng 2.1: Các điểm tham chiếu liên kết các chức năng trong mạng lõi IMS. 2.4. Các giao thức chính được sử dụng trong IMS. Kiến trúc IMS do 3GPP phát triển dựa trên các giao thức IP được chuẩn hóa bởi IETF. Giao thức IP bao gồm các giao thức về điều khiển phiên, các giao thức về chứng thực, cấp quyền và tính toán (AAA) và một số các giao thức khác. Phần này mô tả các giao thức chính được sử dụng giữa các điểm kết nối trong IMS. Sẽ không nêu rõ chi tiết các giao thức, mà chỉ giới thiệu tổng quan các giao thức. 2.4.1. Giao thức khởi tạo phiên (SIP). SIP (Session Initiation Protocol) đã được chọn là giao thức khởi tạo phiên cho IMS, SIP được IETF chuẩn hóa trong RFC 3261 (Request for Command). SIP tuân theo mô hình khách - chủ (client-server). Được thiết kế dựa trên các nguyên lý cơ bản từ hai giao thức HTTP, SMTP, nên SIP thừa kế hầu hết các đặc tính quan trọng của hai giao thức này. Điều này tạo ra sức mạnh cho nó bởi HTTP và SMTP là các giao thức đã rất thành công trong mạng Internet. Không giống như H323 và BICC, SIP không phân biệt giao diện người dùng tới mạng (User-to-Network) với giao diện mạng với mạng (Network-to-Network). Trong mô hình SIP chỉ có một giao thức duy nhất hoạt động thông suốt. Ngoài ra SIP là một giao thức dưới dạng văn bản do đó nó dễ dàng mở rộng, gỡ rối và phát triển các dịch vụ. SIP là một giao thức thuộc lớp ứng dụng được sử dụng cho việc thiết lập, điều chỉnh và kết cuối các phiên đa phương tiện trong một m