Phân hệ đa phương tiện ims (ip multimedia subsystem)

u 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 mạng IP. Nó là một phần của kiến trúc đa phương tiện – mà những giao thức vẫn đang được chuẩn hoá bởi IETF. Các ứng dụng của nó bao gồm: voice, video, gaming, messagging, điều khiển cuộc gọi và presence. Các thành phần trong SIP có thể phân loại thành các User Agent (UA) và các thành phần trung gian (là các servers). Một UA là một điểm cuối của một cuộc gọi, nó gửi và nhận các yêu cầu và đáp ứng SIP, nó là điểm kết thúc của các dòng đang phương tiện nên thường nó còn được gọi là UE. UA bao gồm 2 phần: - User Agent Client (UAC): còn được gọi là Calling Agent User là một ứng dụng có chức năng khởi tạo yêu cầu SIP. - User Agent Server (UAS): còn gọi là Called Agent User tiếp nhận, gửi trả lại, từ chối yêu cầu và gửi đáp ứng về cho user gửi yêu cầu. Hình 2.9: Các thành phần SIP. Các thành phần trung gian là các thực thể chuyển các bản tin SIP đến đích, chúng được sử dụng để định tuyến và gửi lại các yêu cầu. Những server này bao gồm: Proxy server: nhận và chuyển tiếp các yêu cầu. Nó có thể biên dịch và viết lại bản tin mà không ảnh hướng đến trạng thái yêu cầu. Một proxy server có thể gửi một yêu cầu đến một số địa điểm tại cùng một thời điểm – đặc điểm này gọi là “forking proxy”. Có 3 loại proxy server: - dialog-statefull proxy: một proxy là dialog-statefull nếu nó duy trì trạng thái cuộc gọi từ yêu cầu khởi tạo (INVITE) đến yêu cầu kết thúc (BYE) - transaction-statefull proxy: là một proxy nếu nó có cơ cấu chuyển dịch trạng thái client và server trong quá trình yêu cầu - stateless proxy: là một proxy mà chuyển tiếp mọi yêu cầu và đáp ứng mà nó nhận được. Redirect server: ánh xạ địa chỉ yêu cầu thành đại chỉ mới và trả lại địa chỉ này về client. Nó không khởi tạo một yêu cầu SIP và không chuyển các yêu cầu tới các server khác, không giống như proxy server. Location server: là server giữ vị trí của user. Registrar server: là server chấp nhận các yêu cầu REGISTER. Nó được sử dụng để tiếp nhận các đăng ký từ UA để cập nhật thông tin về vị trí của chúng. Ngoài ra, còn có thêm 2 server được sử dụng để cung cấp dịch vụ cho các SIP user: Application server và Back-to-back-user-agent (B2BUA) 2.4.2. Giao thức hỗ trợ chứng thực, cấp quyền, tính cước Diameter(AAA). Diameter dựa trên RFC 3588 được chọn là giao thức AAA trong mạng IMS. Diameter là một giao thức cho việc nhận thực, cấp phép, và tính cước (Authentication,Authorization and Accounting) (AAA), được xây dựng dựa trên giao thức RADIUS - ban đầu được sử dụng cung cấp AAA, cho môi trường dial-up và truy nhập server đầu cuối. Và khi các mạng mới ra đời, AAA Working Group đưa ra thêm một số yêu cầu cho AAA để có thể áp dụng và mạng truy nhập của nhìêu nhóm khác nhau: - IP Routing for Wireless/Mobile Hosts WG (MPBILEIP) [RFC2977] - Network Access Server Requirements WG (NASREG) [RFC3169] - Roaming Operations WG (ROAMOPS) [RFC2477] - Telecommunications Industry Association (TIA) Giao thức Diameter thực ra được chia làm 2 phần: giao thức cơ sở Diameter và các ứng dụng Diameter. Giao thức cơ sở cung cấp các yêu cầu tối thiểu của một giao thức AAA, phát các đơn vị dữ liệu Diameter, khả năng thương thảo, xử lý lỗi, … Ứng dụng Diameter dựa trên giao thức cơ sở, định nghĩa các chức năng ứng dụng riêng. Hiện nay, một số ứng dụng Diameter đã được đưa ra: Mobile IP, NASREQ, Extexsible Authentication Protocol (EAP) , Diameter credit control và Diameter SIP application. Tên Chức năng Giao thức cơ bản DIAMETER Quản lý phiên, peer to peer, tính cước và đại diện Xác định các hỗ trợ cho TLS và phiên IP Ứng dụng server truy nhập dịch vụ AAA cho NAS mạng DIAMETER Dịch vụ AAA cho NAS Hỗ trợ cho PPP CHAP và kết nối mạng RADIUS/DIAMETER Ứng dụng IPv4 Mobile Diameter Dịch vụ AAA cho Mobile IPv4 Lý lịch truyền tải AAA Sử dung TCP và SCTP cho AAA Ứng dụng EAP Diameter Sử dụng DIAMETER cho cung cấp giao thức nhận thực mở rộng (EAP) tới những người sử dụng PPP. Ứng dụng quy tắc bản tin gốc DIAMETER Truyền tải các xác nhận X 509 giữa các điểm của DIAMETER Bảng 2.2:Tài liệu về nhận thực trao quyền và thanh toán Giao thức cơ sở Diameter sử dụng cả hai giao thức truyền tải TCP và SCTP. Tuy nhiên SCTP được chọn nhiều hơn, nó thể chia nhiều luồng độc lập vào trong một kết nối SCTP, thay vì giữ tất cả các luồng đó riêng như trong TCP. 2.4.3 Một vài ví dụ về hoạt động của SIP và DIAMETER trong IMS SIP được lựa chọn làm báo hiệu trong mạng lõi IMS và giao thức Diameter được sử dụng cho nhận thực trao quyền và thanh toán Để mô tả giao thức SIP và Diameter dựa trên các thủ tục báo hiệu trong lõi IMS trong hai ví dụ dưới đây. Trong ví dụ thứ nhất chỉ ra một thủ tục khởi tạo đăng ký, cho rằng người dùng đã chuyển mạng sang mạng khách. Thủ tục này bắt đầu với yêu cầu đăng ký SIP người dùng được gửi từ P-CSCF của mạng khách. Vì băng thông vô tuyến hạn chế, bản tin được nén trước khi gửi đi bởi người dùng và được giải nén ở P-CSCF. Nếu có nhiều S-CSCF tồn tại trong mạng nhà của người sử dụng, một I-CSCF cần thiết để triển khai lựa chọn một S-CSCF phục vụ phiên của người dùng đó. Trong trường hợp này P-CSCF quyết định một địa chỉ của I-CSCF mạng nhà của người dùng bằng cách sử dụng tên miền mạng nhà người dùng và chuyển bản tin REGISTER tới I-CSCF. Sau khi I-CSCF gửi đáp ứng nhận thực người 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. Hình 2.10: 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 phương tiện MAR và trả lại người dùng bản tin SIP 401 không được nhận thực mà có thể mang số liệu hỏi đáp nhận thực. Sau khi tính toán đáp ứng nhận thực, người dùng gửi đến S-CSCF một bản tin đăng ký khác được 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 như trong thuộc tính của thuê bao. trước khi trả lại bản tin 200 OK tới người sử dụng. Hình 2.11: Luồng bản tin báo hiệu thiết lập phiên Trong ví dụ thứ hai chỉ ra luồng báo hiệu một thiết lập phiên giữa hai người dùng IMS, cho rằng có nhiều S-CSCF được 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 người bị gọi truy vấn HSS của người bị gọi để tìm địa chỉ của một S-CSCF được 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. Trước khi gửi bản tin đăng ký, S-CSCF của chủ gọi và người bị gọi có thể liên lạc với Server ứng dụng để điều khiển dịch vụ và tính cước cho dịch vụ tải xuống trong khi đăng ký người dùng. Kỹ thuật phân giải địa chỉ và định tuyến bản tin SIP chuẩn được sử dụng để định tuyến bản tin đăng ký từ chủ gọi tới UE bị gọi trên tất các các con đường. Các con đường nhận được 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 đường ngược lại. Thủ tục thoả thuận một phiên cung cấp trả lời cơ bản cũng được kiểm soát trong thời điểm này. Điều này được hoàn thành qua giao thức mô tả phiên SDP được 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). 2.4.4. Các giao thức khác. Bên cạnh SIP và Diameter, IMS còn sử dụng nhiều giao thức khác như: Giao thức dịch vụ chính sách mở thông thường COPS (Common Open Policy Service) được dùng để truyền tải chính sách giữa các điểm quyết định dịch vụ PDPs (Policy Decision Points) và các điểm thực hiện chính sách ( Policy Enforcement Points). H.248 (ITU-T khuyến nghị H.248) được sử dụng bởi các nút báo hiệu để điều khiển các nút trong mặt phẳng media. RTP (Real-Time Transport Protocol, RFC 3550) và RCTP (RTP Control Protocol, RFC 3550) dùng để truyền tải media như video và audio… 2.5. Kết luận chương 2 Chương 2 đã giới thiệu khái quát nhất về kiến trúc của IMS, cho ta thấy 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. Ngoài ra chương này cũng chỉ ra các chức năng và các giao thức trong IMS. Chương 3. Các yêu cầu và ứng dụng dịch vụ IMS 3.1. Giới thiệu IMS là kiến trúc mạng được 3GPP phát minh chuẩn hóa. Khởi đầu IMS đưa ra với mục đích ứng dụng cho kiến trúc mạng sử dụng toàn IP cho các mạng di động theo kiến trúc của 3GPP. Với những ưu điểm về kiến trúc phân lớp, tính kết nối IP, khả năng điều khiển phiên cho các ứng dụng ngang hàng, IMS đã khẳng định hướng đi đúng cho việc phát triển mạng di động dựa trên nền IP. 3GPP2 và ETSI nhận thấy ưu điểm đó và kế thừa, áp dụng vào kiến trúc mạng của mình. Trong đó TISPAN đã đưa IMS làm một trong phân hệ trong kiến trúc NGN của mình, hiện đã được chuẩn hóa. Trong kiến trúc mạng của TISPAN, hai mạng cố định và di động được hội tụ đầy đủ và rõ nét. Như vậy, IMS được ứng dụng trong các kiến trúc mạng của các tổ chức chuẩn hóa, thúc đầy quá trình hội tụ giữa mạng di động và cố định.3.2. Yêu cầu trong hệ thống IMS Có thể thấy rằng mục tiêu xây dựng mạng IMS nhằm: Tổ hợp các xu hướng công nghệ mới nhất; Hiện thực Internet di động; Tạo cơ sở hạ tầng chung để triển khai nhiều dịch vụ đa phương tiên; Tạo một cơ chế tăng lợi nhuận nhờ việc bổ sung dịch vụ trên mạng di động. Để đạt được mục tiêu đó 3GPP đưa ra 6 yêu cầu cơ bản cho mạng lõi IMS như sau: Hỗ trợ thiết lập các phiên đa phương tiện IP; Hỗ trợ cơ chế thảo thuận chất lượng dịch vụ QoS; Hỗ trợ tính năng liên mạng với các mạng Internet và mạng chuyển mạch kênh; Hỗ trợ chuyển vùng (roaming); Hỗ trợ điều khiển dịch vụ phân phối đến khách hàng; Hỗ trợ nhanh chóng khởi tạo dịch vụ mà không yêu cầu phải hợp chuẩn. 3.2.1. Thiết lập các phiên đa phương tiện IP IMS có thể phân phát nhiều dịch vụ trong đó có cả dịch vụ truyền thông audio và video. Yêu cầu là cần thiết để IMS hỗ trợ cung cấp các phiên đa phương tiện trên các mạng chuyển mạch gói. Các truyền thông đa phương tiện trước đây cũng đã được 3GPP chuẩn hóa trong các phiên bản trước, tuy nhiên nó có thiên hướng cho mạng chuyển mạch kênh chứ không phải dành cho mạng chuyển mạch gói.  3.2.2. Quản lý đảm bảo chất lượng dịch vụ - QoS Một yêu cầu đặc biệt quan trọng của IMS đó là phải có khả năng cho phép đầu cuối người dùng (UE) thỏa thuận một mức QoS xác định.QoS của một phiên giao dịch được xác định bởi tập các hệ số, như là tốc độ bít, cỡ gói, kiểu dữ liệu, băng thông lớn nhất… mà hệ thống có thể phân bổ tới người dùng dựa trên thông tin khách hàng hay năng lực hiện tại của mạng. Sau khi thỏa thuận các thông số tại mức ứng dụng nhất định, UE thực hiện chiếm dụng tài nguyên tương ứng trong môi trường mạng. Khi kết nối end-to-end QoS được thiết lập, UE mã hóa và đóng gói các kiểu dữ liệu với giao thức tương ứng và gửi chúng tới mạng truyền tải và truy nhập thông qua giao thức lớp truyền tải dựa trên nền IP.   IMS cũng cho phép các nhà khai thác điều khiển mức QoS đến người dùng chính vì lẽ đó các nhà khai thác có thể phân loại khách hàng của mình thành các nhóm khác nhau.  3.2.3. Hỗ trợ liên mạng Yêu cầu liên kết với Internet là bắt buộc trong xây dựng cấu trúc khung làm việc của IMS, với việc liên kết với Internet, số lượng tiềm năng nguồn và đích cho các phiên đa phương tiện sẽ tăng đột ngột. IMS cũng được yêu cầu liên kết tới các mạng chuyển mạch kênh như là PSTN hoặc các mạng di động tế bào. Các đầu cuối IMS hỗ trợ audio/video sẽ được ra mắt đầu tiên trên thị trường, các đầu cuối này có thể kết nối tới cả các mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch gói. Khi người dùng muốn thực hiện một cuộc gọi tới một thuê bao PSTN hoặc thuê bao di động, các đầu cuối IMS lựa chọn trong miền chuyển mạch kênh.   Chính vì vậy, vấn đề liên mạng với một mạng chuyển mạch kênh không được yêu cầu nghiêm ngặt lắm mặc dù phần lớn các cầu cuối IMS cũng sẽ hỗ trợ miền chuyển mạch kênh. Vấn đề liên kết với các mạng chuyển mạch kênh có thể xem như là một yêu cầu về lâu về dài. Thông thường vấn đề liên mạng với mạng chuyển mạch kênh chỉ đòi hỏi khi mà các đầu cuối IMS chỉ thích ứng với mạng chuyển mạch gói.  3.2.4. Chuyển vùng Chuyển vùng là nhu cầu chung từ các mạng di động tổ ong thế hệ 2 khi mà thuê bao phải chuyển vùng sang các mạng khác (ví dụ như khi thuê bao đi du lịch ra nước ngoài). Đây là yêu cầu thiết yếu và đương nhiên hệ thống IMS được thừa hưởng yêu cầu này, cho phép khách hàng chuyển vùng khi di chuyển đến các quốc gia khác tất nhiên điều này chỉ được thực hiện khi có sự thỏa thuận giữa các nhà khai thác tại mạng chủ và khách.  3.2.5. Điều khiển dịch vụ Thông thường các nhà khai thác muốn áp đặt các chính sách để phân phối dịch vụ tới khách hàng. Về cơ bản có 2 loại chính sách như sau: -   Chính sách chung áp dụng cho tất cả  khách hàng. -   Chính sách riêng cho từng khác hàng đặc biệt. Chính sách đầu tiên bao gồm một tập những hạn chế mà áp dụng tới tất cả người dùng trong mạng. Ví dụ nhà khai thác muốn hạn chế băng thông tín hiệu thoại thông qua sử dụng mã hóa thoại có băng thông thấp như AMR (Quy định trong chuẩn 3GPP TS 26.071) chứ không dùng chuẩn mã hóa thoại băng rộng G.711 (Chuẩn mã hóa của ITU-T 64 Kbps) trong mạng của họ.   Chính sách thứ 2 bao gồm một tập các chính sách mà chỉ bó buộc trong từng người dùng nhất định. Ví dụ như một khách hàng nào đó mà trong bảng đăng kí sử dụng dịch vụ IMS nhưng không sử dụng dịch vụ video. Trong trường hợp họ cố gắng khởi tạo một phiên đa phương tiện mà có dịch vụ video thì nhà khai thác thực hiện ngăn cản quá trình thiết lập phiên đó mặc dù phần lớn các đầu cuối IMS đều hỗ trợ tính năng cung cấp dịch vụ video. Chính sách này là tuân theo cơ sở bản đăng kí sử dụng dịch vụ của người dùng với nhà cung cấp. 3.2.6. Tạo dịch vụ nhanh chóng và đa truy nhập Yêu cầu này có tác động lớn trong việc thiết kế cấu trúc của hệ thống IMS, nó chỉ ra rằng các dịch vụ IMS không cần thiết phải được chuẩn hóa. Điều này đánh dấu một mốc quan trọng trong việc thiết kế mạng di động tổ ong bởi vì trước đây mỗi một dịch vụ đơn lẻ hoặc là cần chuẩn hóa hoặc có đăng ký độc quyền. Ngay cả khi dịch vụ đã được chuẩn hóa thì không có gì có thể đảm bảo rằng dịch vụ vẫn tiếp tục duy trì khi mà người dùng chuyển vùng sang mạng khác. Một ví dụ điển hình mọi người thường thấy trong mạng GSM là các cuộc gọi có thể bị chuyển tới hộp thư thoại khi mà người dùng di chuyển tới một quốc gia khác. Mục đích của IMS giảm thời gian để đưa ra một dịch vụ mới. Trước đây việc chuẩn hóa dịch vụ và thực hiện kiểm tra năng lực dịch vụ là nguyên nhân gây trễ đáng kể. Với IMS để giảm thời gian này, người ta chuẩn hóa các năng lực dịch vụ thay cho việc chuẩn hóa dịch vụ như trước đây. IMS cũng chỉ là một mạng IP và nó giống với bất kỳ mạng IP nào khác. Nó làm việc ở lớp thấp và có truy nhập độc lập. Bất kỳ mạng truy nhập nào cũng có thể kết nối tới IMS. Ví dụ như là kết nối từ mạng truy nhập vô tuyến nội hạt WLAN, từ ADSL, HFC hoặc truy nhập từ modem.  3.3. Các loại dịch vụ ứng dụng của IMS 3.3.1. Dịch vụ video Conferencing Hệ thống Video Conferencing ngày nay là một dịch vụ mở rộng trên nền hạ tầng IP. Mục tiêu của việc triển khai hệ thống này là nhằm triển khai dịch vụ thông dụng và phổ biến hiện nay cho phép các công ty ở trụ sở chính và các công ty thành viên tại chỗ hoặc ở xa có thể trao đổi với nhau không chỉ bằng lời nói và mà bằng hình ảnh và không chỉ với một vài công ty mà có thể tham gia nhiều công ty cùng lúc, từ đó hình thành một mạng thống nhất trên toàn hệ thống mạng. Dịch vụ "Video conferencing” (hội nghị truyền hình) quả thực không còn là khái niệm xa lạ gì đối với tất cả chúng ta. Và trong thực tế thì nhu cầu sử dụng hội nghị truyền hình là rất lớn bởi vì rất nhiều lợi ích mà nó mang lại. Hội nghị truyền hình có thể ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực quan trọng góp phần làm phát triển đất nước như : giáo dục, y tế, chính phủ, doanh nghiệp,.... Các chức năng cơ bản của dịch vụ Hội nghị truyền hình: + Ghi hình cuộc họp và lưu xuống máy tính cài phần mềm hội nghị truyền hình. + Chia sẻ màn hình máy tính và chia sẻ các phần mềm trên máy tính. + Trao đổi tập tin trực tiếp. + Tương tác trực tuyến trong cuộc họp. + Hỗ trợ nhiều camera/webcam kết nối vào máy tính cài phần mềm hội nghị truyền hình. + Hẹn và lên kế hoạch cuộc họp. + Mời nhiều người tham gia vào cuộc họp. + Bảng trao đổi thông tin. + Trình bày nội dung các tập tin: powerpoint, excel, pdf, doc, hình ảnh,... + Có nhiều giao diện hiển thị màn hình cuộc họp. 3.3.2. Dịch vụ Messaging (tin nhắn) Hệ thống cung cấp dịch vụ tin nhắn là hệ thống cung cấp nội dung, thông tin dựa trên công nghệ truyền tải tin nhắn. Do đặc thù của công nghệ và thiết bị đầu cuối, mỗi tin nhắn có chiều dài tối đa 160ký tự (hoặc 132 byte nếu là dữ liệu binary). Tin nhắn được sử dụng phổ biến do đặc tính có thể sử dụng ở bất cứ đâu, bất cứ khi nào. Ở Việt Nam hiện nay, tốc độ tăng trưởng thuê bao rất lớn (~30 triệu thuê bao online, tính đến tháng 10/2010), một phần cũng nhờ sự bùng nổ các dịch vụ gia tăng dựa trên công nghệ SMS. Một số dịch vụ được ứng dụng nhiều, như:      + Cung cấp thông tin vắn: xổ số, bóng đá, thời tiết, tỷ giá,..      + Tin nhắn cảnh báo: dùng trong các hệ thống cần độ ổn định cao, hoạt động 24/24,..      + Đăng ký nhận tin: thay đổi số dư tài khoản, kết quả khớp lệnh chứng khoán,..      + Thanh toán điện tử: SMS banking, Mobile banking, Mobile wallet (ví điện tử, hay m-wallet).      + Mua bán chứng khoán, đặt hàng online,.. 3.3.3. Dịch vụ Presence Sự hiện diện (presence) và thông điệp tức thời đã và đang thay đổi viễn cảnh của thế giới truyền thông. Presence sẽ là trái tim của mọi liên lạc và là một chức năng mới không thể thiếu cho chiếc điện thoại. Presence cũng sẽ là một cơ hội kinh doanh cho các nhà điều hành và cung cấp dịch vụ. Dịch vụ Presence cung cấp các thông tin cho người sử dụng bao gồm trạng thái của các người khác trên mạng. Trang thái của một người dùng cung cấp thông tin cho những người khác quyết định có nên liên hệ thử với người này hay không và có nên dùng tính năng chat hay gọi điện hoặc email để liên lạc. Dịch vụ Presence khuyến khích khả năng giao tiếp của mọi người và đặc điểm của tính này là giúp người dùng xác định rõ về trạng thái của đối phương nếu như họ đang trong cuộc họp hay bên ngoài văn phòng, trong trường hợp đó thực hiện một phiên chat là không cần thiết lúc đó. Các trạng thái của đối phương không chỉ xuất hiện dưới dạng icon đơn giản trong Lync 2010 mà còn trong các ứng dụng truyền thông khác như Microsoft Outlook và các phiên bản Lync khác, và xuất hiện ngay cả trong Sharepoint, Microsoft Word hoặc portal của máy chủ hoặc dịch vụ và cả Microsoft Excel. Dịch vụ Presence đại diện cho trạng thái sẵn sàng của đối tượng để xác nhận xem có nên thực hiện một liên lạc Presence có thể đóng góp cho những việc kinh doanh, các dịch vụ Presence và Presence-enhanced đều sẽ được sử dụng. Các nhà điều hành và cung cấp dịch vụ đóng vai trò chính trong việc duy trì các dịch vụ này. Dịch vụ Presence di động là một phần trong danh mục dịch vụ của nhà điều hành. Thuê bao di động ngày nay đạt đến con số hàng tỉ trên thế giới, là một kho lợi nhuận cho các dịch vụ mới. Presence tạo ra nhiều dịch vụ mới như instant message. Presence cũng làm giảm đáng kể các cuộc gọi không thành công hay bị từ chối, điều này có được do biết được trạng thái của user hiện thời (busy hay available, online hay offline…). 3.3.4. Dịch vụ Push to talk over cellular Push to talk over cellular (PoC) cung cấp dịch vụ truyền thoại điểm-điểm và điểm- đa điểm. Ý tưởng là user chọn một vài cá nhân hoặc một nhóm người mà user muốn liên lạc, và sau đó nhấn nút để bắt đầu nói chuyện. Hình 3.1. Push to talk over Cellular Phiên kết nối trong thời gian thực, là một chiều, khi một người nói thì người khác chỉ việc nghe. Việc chuyển sang nói được yêu cầu bằng cách nhấn nút nói và được công nhận trên cơ sở “first come first served” – yêu cầu nào đến trước sẽ được đáp ứng trước. Kết nối không cần các bên nhận chấp nhận và được nghe thông qua loa ngoài của điện thoại. User cũng có thể chọn để nhận một phiên đàm thoại sau khi đã chấp nhận một lời mời. Nếu cần thiết có sự riêng tư, user có thể nghe bằng tai nghe. Dịch vụ này dựa trên multi-unicasting. Mỗi client gửi các gói dữ liệu đến một PoC server và trong trường hợp liên lạc theo nhóm, server sẽ gửi các gói này đến tất cả các máy thu (hình 3.1). Không một quá trình multicast nào được thực hiện trong mạng truy nhập cũng như mạng lõi, sự quản lý tính di động được thực hiện bởi mạng vô tuyến. Điều này giải thích tính trong suốt của dịch vụ PoC đối với mạng tế bào và mạng cố định. Dịch vụ push to talk sử dụng mạng lõi NGN để có thể phục vụ nhiều loại chức năng truyền tải truy nhâp. 3.3.5. Dịch vụ điện thoại di động và truyền hình * Dịch vụ điện thoại di động Trong vài năm tới, các mạng điện thoại di động sẽ truyền dữ liệu với tốc độ cỡ vài Mbps (megabits per second) và sẽ cùng tồn tại với WiMax, Wi-Fi, và các chuẩn DVB-H hoặc MediaFLO cho TV. Công nghệ mạng IMS (IP Multimedia Subsystem) sẽ cho phép họ làm việc với nhau. Truy cập Internet “thông suốt”: Ngoài các công nghệ GSM, CDMA, Wi-Fi, WiMax, công nghệ IMS sẽ cho phép chuyển “thông suốt” bất kì loại gói tin nào (dữ liệu thoại, video, nhạc, HTML,…). Với IMS, có thể bắt đầu cuộc gọi bằng ĐTDĐ và kết thúc là VoIP, xem TV có phí trên ĐTDĐ hoặc màn hình lớn (nhờ công nghệ thẻ thông minh),… Nhưng những lợi ích này chỉ có được khi công nghệ IMS được triển khai rộng rãi trong vài năm tới. * Dịch vụ truyền hình Một giải pháp truyền hình dựa trên IMS sẽ đem lại cho người dùng cơ hội thưởng thức các dịch vụ TV đổi mới – những dịch vụ đáp ứng và vượt quá các kỳ vọng mà người dùng ngày nay mong đợi ở TV tương lai. Do các dịch vụ IMS được phân phát tới các thuê bao riêng biệt chứ không phải tới các thiết bị riêng biệt, cho nên TV dựa trên IMS có thể được đặt hàng riêng và được đánh dấu riêng cho các ưa thích cá nhân. TV dựa trên IMS cũng cho phép tính tương tác và tính hòa trộn các dịch vụ truyền thông và giải trí. Việc tiêu chuẩn hoá và các giao diện mở mà trên đó xây dựng nên TV dựa trên IMS sẽ hỗ trợ sự xuất hiện một thị trường đại chúng, đến lượt mình, thị trường này đem lại sự cạnh tranh càng ngày càng gia tăng nhờ giá cả càng ngày càng hạ xuống và chất lượng dịch vụ tăng lên. Một nền tảng khách hàng gia tăng với các dịch vụ được tiêu chuẩn hoá và tính tương tác giữa các nhà khai thác cũng sẽ đem lại cho khách hàng khả năng truyền thông và chia sẻ các nội dung nhờ sử dụng nhiều dịch vụ truyền thông dựa trên IMS khác nhau… Tóm lại, các khách hàng TV dựa trên IMS sẽ có được: - Truyền thông kết hợp với trải nghiệm TV, nghĩa là: + Xem nội dung và truyền thông cùng một lúc + Xử lý các cuộc gọi đến và các tin nhắn qua máy thu hình + Duy trì một cuốn sổ địa chỉ tiện lợi có thể hiển thị. - Tính tương tác, có nghĩa là: một tính năng thăm dò và bầu cử, chẳng hạn như bỏ phiếu cho cầu thủ hay nhất khi xem một trận bóng đá trên TV. - Đem TV theo họ, cho phép: + Tính di động của phiên với việc chuyển một phiên TV sang một thiết bị khác (chuyển chỗ) + Chọn khi nào, ở đâu, và trên thiết bị nào (máy thu hình, chiếc máy tính hay cái ĐTDĐ) họ muốn thưởng thức nội dung - Điều khiển từ xa các dịch vụ TV của họ qua các thiết bị di động cá nhân (các máy ĐTDĐ, các PDA v.v…): + thiết lập các bộ ghi nhớ chương trình và các ghi chép công việc hàng ngày + quyết định sự quản lý từ xa của cha mẹ + kiểm tra ai đang xem nội dung gì. 3.6. Kết luận chương 3 Ở chương 3 này ta có thể thấy IMS cung cấp tất cả các dịch vụ sử dụng công nghệ chuyển mạch gói, nhìn chung nó hiệu quả hơn công nghệ chuyển mạch kênh. Tuy nhiên sức mạnh thực sự của IMS khi so sánh với các trường hợp nêu trên là IMS tạo ra môi trường mà ở đó dịch vụ nào cũng có thể truy nhập bất kỳ một khía cạnh nào của phiên. Điều này cho phép các nhà cung cấp dịch vụ tạo ra nhiều dịch vụ hơn trong một môi trường mà tất cả các dịch vụ đều độc lập với nhau. KẾT LUẬN IMS đang là tiêu điểm thảo luận của các tổ chức chuẩn hóa viễn thông và các công ty điện tử tin học, với phạm vi đề tài không thể trình bày hết các khía cạnh của IMS, đề tài chỉ đưa ra cái nhìn tổng quan nhất về IMS, qua đó thấy được vai trò và chức năng của nó trong kiến trúc mạng NGN. Việc xây dựng mạng lõi IMS trong kiến trúc NGN là một nhu cầu tất yếu, phù hợp với xu thế phát triển của ngành viễn thông, mở ra cánh cửa cho sự hội tụ di động – cố định với khả năng đa truy nhập và cung cấp nhiều loại hình dịch vụ khác nhau trên một nền tảng mạng duy nhất, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng. Trong tiến trình phát triển và chuẩn hóa IMS, còn rất nhiều vấn đề cần được tìm hiểu. Hướng phát triển của đề tài có thể đi sâu vào tìm hiểu các thủ tục trên các giao diện IMS để nó có thể hỗ trợ các ứng dụng đa phương tiện IP, nghiên cứu và đưa ra giải pháp cho vấn đề bảo mật trong IMS… Do quá trình thực hiện chuyên đề chỉ dựa trên lý thuyết và tìm hiểu tài liệu, chưa được tiếp xúc thực tế và có các mô hình thực tiễn để tiếp cận và còn hạn chế về mặt thời gian nên nhiều vấn đề chưa thể trình bày rõ và chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của thầy và các bạn để chuyên đề được hoàn chỉnh hơn. Chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 10 năm 2011 Nhóm thực hiện chuyên đề. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Việt Anh, (2004), Nghiên cứu, đề xuất định hướng phát triển các dịch vụ mới trên mạng NGN của TCT đến năm 2010, Viện KHKT Bưu Điện. [2]. Đào Anh Hà, (2008), đồ án: Nghiên cứu và phát triển chức năng HSS và SLF cho kiến trúc IMS. [3]. Lô Thị Hiểu, (2010), đồ án: Phân hệ IMS trong kiến trúc NGN [4]. Gonzalo Camarillo, Miguel A . Garcia- Martin, (2006), The 3G IP Multimedia Subsystem (IMS): Merging the Internet and the Cellular Worlds, Second Edition, John Wiley & Sons. [5]. Technical Specification Group Services and System Aspects (2006), IP Multimedia Subsystem (IMS), Stage 2, TS 23.228, 3rd Generation Partnership Project [6].  Alexander Harrowell, Staff Writer (October 2006), A Pointless Multimedia Subsystem?, Mobile Communications International [7].  Miikka Poikselkä, Georg Mayer, Hisham Khartabil and Aki Niemi, The IMS: IP Multimedia Concepts and Services, Second Edition 2006 John Wiley & Sons, Ltd. [8].  Antonio Cuevas, IMS tutorial, The Second International Conference on Digital Telecommunications ICDT 2007. [9].  Travis Russell, IMS: Session Control and Other Network Operations, 2008 by The McGraw-Hill Companies.