HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

BÀI TẬP NHÓM
MÔN: CHUYÊN ĐỀ
Đề tài: “Phân hệ đa phương tiện IMS và các dịch vụ ứng dụng
phát triển”
GVHD : ThS. Nguyễn Việt Hùng
NSVTH : Nhóm 7
Lớp: D10VT4
Hà Nội, ngày 21 tháng 2 năm 2014.
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm qua xu hướng hội tụ mạng Internet, mạng di động và mạng
PSTN đang là vấn đề được quan tâm hàng đầu trong lĩnh vực thông tin liên lạc. Nhiều
kiến trúc mới đã ra đời trong quá trình phát triên hợp nhât các mạng với mục đích tạo
ra một mạng IP duy nhất.
Phân hệ IP Multimedia Subsystem (IMS) là một trong những kiến trúc đã ra đời
trong xu thế phát triển đó. IMS trở thành một phân hệ trong mô hình mạng thế hệ mới
(NGN) của tất cả các hãng sản xuất các thiết bị viễn thông và các tô chức chuan hóa
trên thế giới. Với IMS, người dùng có thể liên lạc khắp mọi nơi nhờ tính di động của
mạng di động và đồng thời có thể sử dụng những dịch vụ hấp dẫn từ mạng Internet.
IMS đã thực sự trở thành chìa khóa để hợp nhất mạng di động và mạng Internet, là
một phân hệ không thể thiếu trong kiến trúc NGN.
Mục tiêu của đề tài này là tìm hiêu tổng quan về IMS, kiến trúc phân hệ và các
dịch vụ ứng dụng tiềm năng có thể được triển khai trong đó, phân tích những ưu
nhược điểm và khả năng triển khai IMS trong NGN, qua đó có thể hiểu và thấy được
tầm quan trọng của phân hệ IMS trong kiến trúc mạng tương lai.
Các thành viên trong nhóm:
1. Tăng Văn Đức
2. Nguyễn Chí Hoàng
3. Nguyễn Trung Kiên
4. Vũ Thị Hoàn Ngân

IMS là một kiến trúc xuất hiện đầu tiên trong giải pháp phát triển các mạng 2G
lên mạng 3G. Hệ thống toàn cầu cho thong tin di động (GSM) được chuẩn hóa hoàn
toàn bởi Viện các chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI) vào năm 1998. ETSI cũng định
nghĩa kiến trúc mạng GPRS. Cùng năm đó, 3GPP cũng đưa ra hệ thống thông tin di
động thế hệ thứ ba bao gồm: các mạng đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng
(WCDMA), đa truy nhập vô tuyến phân chia mã/ phân chia theo thời gian (TD-
CDMA) và giải pháp mạng lõi GSM. Hầu hết công việc và lý thuyết nền tảng của
3GPP đưa ra là Release 99 [3GPP R99].
3GPP Release 99 [3GPP R99]
Release IMS đầu tiên được đưa ra vào tháng 12 -1999, nhưng mãi tới tháng 3-
2001 mới được hoàn thiện hoàn toàn về cả chức năng cũng như những lý thuyết cơ
bản. Sở dĩ Release 99 được hoàn thiện nhanh chóng như vậy là vì việc chuẩn hóa
được phân chia giữa hai tổ chức: 3GPP và ETSI SMG. Trong đó, 3Gpp chịu trách
nhiệm phát triển các dịch vụ, kiến trúc hệ thống, truy nhập vô tuyến WCDMA, TD-
CDMA và mạng lõi chung còn ETSI SMG chịu trách nhiệm phát triển truy nhập vô
tuyến với tốc độ dữ liệu tăng cường cho tiến trình toàn cầu (EDGE)/GSM.
Truy nhập vô tuyến WCDMA là sự tăng cường có ý nghĩa quan trọng nhất cho
hệ thống 3G dựa trên GSM trong R99. Ngoài ra WCDMA thì UTRAN (mạng truy
nhập vô tuyến mặt đất UMTS) cũng đã đưa ra giao diện Iu. Giao diện này so với các
giao diện Gb và A có hai sự khác nhau đó là: tốc độ chuyển mã cho Iu được thực hiện
trong mạng lõi còn trong GSM được thực hiện chức năng logic BTS (trạm thu phát
gốc); trong quá trình mật mã và quản lý tính di động mức tế bào cho giao diện Iu được
thực hiện trong bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) còn trong GSM chúng được thực
hiện trong nút hỗ trợ GPRS phục vụ (SGSN) cho các dịch vụ GPRS.
Kiến trúc dịch vụ mở (OSA) được đưa ra để tạo dịch vụ. Mục tiêu của khía
cạnh dịch vụ là dừng chuẩn hóa các dịch vụ mới và tập trung vào phát triển khả năng
dịch vụ hiện tại.
3GPP Release 4
Sau Release 1999, 3GPP đã bắt đầu đưa ra Release 2000 vơi khái niệm IP, sau
đó đổi thành IMS. IMS không thể được hoàn thành trong năm 2000, Do đó, Release

dịch vụ và chính sách.
9
1.2. Chuyển mạch gói: Từ VoIP tới IMS
Thời đại của các dịch vụ CS voice cũ được cung cấp bởi cả PSTN cố định và
mạng điện thoại di động không dây đang phát triển theo hướng môi trường PS. Kỷ
nguyên mới này đã được bắt đầu với sự ra đời của công nghệ VoIP, mà ban đầu được
dựa trên hai giải pháp phổ biến, cụ thể là giao thức H.323 của ITU và trên SIP của
IETF. Cả hai dựa trên RTP vì lợi ích của việc duy trì thời gian thực thông tin liên lạc
bằng tương tác giọng nói. VoIP đã được giới thiệu vào đầu năm 1995 và một lần nữa,
nó dựa trên bộ giao thức H.323 có nguồn gốc từ ISDN của ITU, mặc dù công nghệ
ISDN về cơ bản đã được loại bỏ. VoIP dựa trên H.323 ban đầu thu hút mói quan tâm
lớn cho tới khoảng năm 2000. Mặt khác, SIP dựa trên triết lý Internet từ '' đầu '', bước
đầu đã được công bố như là một dự thảo Internet bởi IETF vào năm 1996, với RFC
đầu tiên đánh số như 2543 vào năm 1999, phát triển thành RFC 3261 đến năm 2002 .
SIP là một giao thức báo hiệu linh hoạt có thể hỗ trợ kiến trúc hệ thống khác nhau.
Trong cùng năm đó , các tiêu chuẩn IMS đầu tiên xuất hiện như một phần của 3GPP
Release 5. IMS sử dụng SIP như giao thức báo hiệu chính cho điều khiển cuộc gọi.
Điều quan trọng cần lưu ý là IMS có thể được kết hợp với công nghệ truyền tải
đa dạng, chẳng hạn bây giờ phổ biến như DSL và các phiên bản tốc độ cao hơn cho cơ
sở hạ tầng đồng, và DOCSIS cho cơ sở hạ tầng CATV. IMS cũng có thể được kết hợp
với cả các công nghệ truyền tải dữ liệu điện thoại di động cũ, chẳng hạn như GPRS,
EDGE, EVDO, và UMTS, và với hệ thống mới hơn gần đây HSPA, hệ thống 3GPP
LTE , WIMAX, WLAN đa dạng hoặc thậm chí trên các mạng truyền hình vệ tinh.
Tóm lại, IMS tạo điều kiện cho quá trình chuyển đổi từ CS để thông tin liên lạc PS, vì
thế, hứa hẹn lợi ích của các dịch vụ giá trị gia tăng mới phát triển mạnh mẽ.
Để hỗ trợ các dịch vụ, IMS cung cấp một loạt các khối dịch vụ, trong đó bao
gồm, ngoài các dịch vụ thoại, quản lý cộng đồng/nhóm cổ điển trong các hình thức
quản lý tài liệu ML-based, việc cung cấp phong phú các dịch vụ đa phương tiện và tin
nhắn dựa trên địa điểm(location-based), sự hỗ trợ của một cuốn sách địa chỉ trên
mạng(networked address book), lưu trữ hồ sơ người sử dụng, việc tạo ra các cổng cho

tăng sự trải nghiệm của khách hàng (customer experience).
Với IMS, nhà cung cấp mạng sẽ không chỉ làm công tác vận tải thông tin 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.
1.3.2. Nhược điểm
IMS đang thiếu một mô hình kinh doanh có sức thuyết phục đê các nhà cung cấp
mạng chấp nhận triển khai IMS. Điểm nổi 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 đẫn 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 kê đến các vấn đề liên
quan đến quản lý nhận dạng người dùng bao gồm các lỗi như Call ID spoofing, ăn cắp
1
1
ID, tấn công DoS/DDoS, spam. Điểm yểu 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

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
2
Qua những ưu và nhược điểm đã nêu ở trên ta có có tổng hợp thành bảng như
sau:
Bảng 1.1: Ưu điểm và nhược điểm của IMS
Chuyển mạch
thoại
Thoại qua mạng IP
Cách bình
thường
IMS
Giá cước rẻ x→✓
✓
Chi phí triển
khai
✓
x
Chi phí hoạt
động
x
✓
Khả năng mở
rộng và độ tin cậy
✓
x
✓
Khả năng

3
CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC PHÂN HỆ VÀ CÁC GIAO THỨC
TRONG IMS
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 bàn, và dữ liệu.
1
4
2.1. Kiến trúc và chức năng các phần tử trong IMS
IMS chúng ta cần chú ý một điều ràng 3GPP không chuẩn hóa các node mà là
các chức năng. Điều này có nghĩa rằng kiến trúc của IMS là sự to 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 bới TISPAN có thê được xem như thuộc lớp vận tải hay thuộc lớp
điêu khiên ở trên.
2.1.1. Lớp dịch vụ
2.1.1.1. Máy chủ ứng dụng(Application Server-AS)
AS là một thành phần SĨP, 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 đê
IMS giao tiếp với OSA và gsmSCF. Ngoài ra các máy chù có thế được kết nối tới
HSS đê tải về hoặc gửi lên các thông tin dữ liệu của khách hàng. SIP AS, OSA-SCS

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 cà 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
1
6
Trong một mạng IMS có the có nhiều hơn một HSS, thông thường HSS được xây
dựng theo cơ chế có dvr phòng đế tránh bị mất thông tin khi có lồi 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 chĩ 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 cua
người dùng tương ứng.
Cả HSS và SLF đều lioạt động ihco giao thức Diameter với ứng dụng dành riêng
cho IMS.
2.1.2. 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:
2.1.2.1. 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 địch 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).
- 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 thề nhận
các yêu cầu dịch vụ, xứ lý nội bộ hoặc chuyển tiếp yêu cầu đến các bộ phận

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
quàn lý phiên dịch vụ. Các chức năng chính cùa S-CSCF bao gồm:
- Tiến hành các đăng ký SIP nhằm thiết lập mối liên hệ giữa địa chỉ người dùng
(địa chi IP của thiết bị) với địa chỉ SIP. S-CSCF đóng vai trò như một máy chủ
Registar trong hệ thong SIP, có nghĩa là S-CSCF duy trì một liên kết giữa vị trí
1
8
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 thế kiếm tra bất kỳ thông điệp nào nếu muốn
- S-CSCF giữ vai trò quyết định chọn lụa 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 đề yêu cầu các hỗ trợ dịch vụ cho khách hàng. S-CSCF liên
lạc với HSS đê 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 cùa 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 cùa hệ thống. Chức
năng cua I-CSCF bao gồm:
-Định tuyến thông điệp yêu cầu SIP nhận được từ một mạng khác đến S-CSCF
tương ứng, Đê làm được điều này, I-CSCF sẽ liên lạc với HSS (thông qua
DIAMETER) để cập nhật địa chỉ S-CSCF tương ứĩig cùa người dùng. Neu như
chưa có S-CSCF nào được gán cho UE, I-CSCF sẽ tiến hành gán một S-CSCF

Kiến trúc liên quan đến chức năng tài nguyên đa phuơng tiện (MRF) được thể
hiện trong hình 2.4 như sau:
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 sáp
xếp dữ liệu đã được phân tích trong hệ thống IMS. MRF luôn được đặt trong mạng
chủ IMS.
Chức nàng quăn lý tài nguyên đa phương tiện MRF (Media Resource Function) có
the 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 Irong việc thích ứng nội dụng dịch vụ, chuyển đổi
định dạng (transcoding) nội dung.
2
0
2.1.3. 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:
2.1.3.1. NASS (Network Attachment Subsystem)
Chức năng chính của NASS bao gồm:
- Cung cấp một cách linh hoạt địa chỉ ĨP cũng như các thông số cấu hình khác cho
ƯE (sử dụng DHCP).
- Nhận thực người dùng trước và trong quá trình cấp phát địa chi IP.
- Cấp phép cho mạng truy nhập dựa trên hồ sơ mạng.
- Quân lý định vị người dùng.
- Hỗ trợ quả trình di động và roaming của người dùng.
2.1.3.2. RACF (Resource & Admission Control Functionality)

mạch kênh. Một mặt nỏ có thế gửi và nhận với IMS qua RTP. Mật khác nó sử dụng
một hay nhiều khe PCM đc kết nối với mạng chuyển mạch kênh. Hơn nữa MGW thực
hiện chuyển mã khí các đầu cuối IMS không hỗ trợ các kiêu mã hoá được sử dụng bởi
cs (điều này xảy ra khi đầu cuối IMS sử dựng mã AMR còn đầu cuối PSTN sử dụng
kiểu mã hoá G.711).W)
2.1.3.4. IMS GW và TrGW
Như đã nói, IMS hỗ trợ hai phiên bàn IP là IPv4 và IPv6. Tại một số điêm 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 đôi, 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 SĨP B2BƯA để duy trì 2 phần báo hiệu độc lập,
một hướng đến mạng IMS và một hướng đến mạng khác. Mỗi phần nảy chạy trên 2
phiên bản IP khác nhau.
2
2
Hình 2.6. IMS-ALG và TrGW.
Thêm nữa, IMS-ALG sẽ viết lại SDP bằng cách thay đổi địa chi IP và số port được
tạo bởi đầu cuối với một hay nhiều địa chì IP và port được cấp phát bởi TrGW. IMS-
ALG tương tác với I-CSCF cho lưu lượng vào và với S-CSCF cho lun lượng ra qua
giao diện
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).
2.1.3.5. Mạng truy nhập
Hình 2.7. Mạng truy nhập tới IMS
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

I-CSCF, S-CSCF, HSS
Thông tin giữa HSS và I-CSCF/S-CSCF Diameter
Dh
SĨP 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 đế tìm chính xác
HSS cần thiết trong môi trường nhiều HSS
Diameter
Gm ƯE, P-CSCF
Truyền tải tất cả các bản tin báo hiệu SĨP
giữa UE và IMS
SIP
Go PDF, GGSN
Cho phép nhà khai thác điều khiển ỌoS
trong mặt phang 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