i
MỤC LỤC
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
ii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng việt
3GPP 3rd Generation PartnershIP
Project
Dự án cộng tác mạng thế hệ thứ 3
AAA Authentication Authorization
Accounting
Chứng thực, cấp quyền, tính cước
ALG Application Layer
Gateway
Lớp cổng ứng dụng
API Application program interface Giao diện lập trình ứng dụng
A-RACF Access Resource and
admission Control Function
chức năng điều khiển chấp nhận kết
nối và tài nguyên truy nhập
AS Application Server Máy chủ ứng dụng
BG Border gateway Cổng biên
BGCF Breakout gateway control
funtion
Chức năng điều khiển cổng vào ra
CDMA Code Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia theo mã
COPS Common Open Policy
Service

IP Internet Protocol Giao thức internet
IP-CAN IP-Connectivity Access
Network
Mạng truy nhập kết nối IP
IPSec Internet Protocol security Giao thức bảo mật mạng
IPTV Internet Protocol Television Truyền hình số được cung cấp thông
qua mạng IP
ISDN Integrated Services Digital
Network
Mạng số tích hợp đa dịch vụ
ISIM IMS SIM Module nhận dạng thuê bao IMS
ITU International
Telecommunication Union
Hiệp hội viễn thông quốc tế
MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động
iii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
v
DANH MỤC HÌNH VẼ
LỜI MỞ 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 triển hợp nhất 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
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
vi

Công nghệ NGN ra đời hội tụ cả 3 mạng: mạng thoại, mạng không dây và
mạng số liệu vào một kết cấu thống nhất để hình thành một mạng chung,
thông minh, hiệu quả cho phép truy xuất toàn cầu, tích hợp nhiều công nghệ
mới, ứng dụng mới và mở đường cho các cơ hội kinh doanh phát triển, đang
ngày càng thỏa mãn được nhu cầu của người sử dụng.
Khi nói đến mạng NGN là nói đến “dịch vụ” chứ không phải như cách
xây dựng mạng truyền thống là chú trọng vào xây dựng những mạng riêng lẻ,
mỗi một dịch vụ sẽ phải xây dựng một mạng dùng riêng, ví dụ như mạng
thoại TDM, mạng di động, mạng truyền số liệu... Chính vì vậy mà các tiêu chí
cho mạng hội tụ để đảm bảo chi phí đầu tư thấp nhất phải là:
• Xây dựng một mạng hội tụ đa dịch vụ trên một nền tảng mạng duy
nhất;
• Cung cấp các dịch vụ mạng riêng ảo an ninh lớp 2, lớp 3, các dịch vụ
multi- media và data với các cam kết chất lượng dịch vụ SLA;
• Giải pháp mở và tương thích khi tích hợp dịch vụ;
• Bảo vệ đầu tư, dễ dàng mở rộng nâng cấp mạng.
Ngoài các dịch vụ hiện tại như thoại, mạng NGN cung cấp các dịch vụ
theo yêu cầu như hội nghị truyền hình và các dịch vụ ứng dụng đa phương
tiện khác với yêu cầu băng thông đến hàng chục Mbps cho một người dùng.
Đặc điểm chính của mạng NGN là có khả năng cung cấp tất cả các dịch vụ
băng rộng theo yêu cầu với các mức dịch vụ khác nhau. Ngoài ra, mạng NGN
tích hợp công nghệ di động băng thông rộng, vì vậy nó cho phép người dùng
có thể trao đổi thông tin dịch vụ băng rộng bất kể họ đang sử dụng máy tính
để bàn hay thiết bị hỗ trợ số cá nhân (PDA) để lướt Internet từ taxi.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
viii
Các tiêu chuẩn NGN hiện tại không đủ cho việc thực thi trong môi trường
hội tụ băng rộng. Điều khiển cuộc gọi đã được định nghĩa rõ ràng, tuy nhiên
việc điều khiển nội dung, dữ liệu và quảng bá còn ít được đề cập đến trong
các chuẩn NGN hiện tại. Ngoài ra, các thủ tục kiểm tra tính phối hợp hoạt

ưu hóa cho các ứng dụng SIP và đa phương tiện. Ngoài ra, IMS cho phép phát
triển nhanh chóng và linh hoạt các dịch vụ mới, cùng với khả năng hội tụ cố
định với di động, IMS cho phép giảm đáng kể chi phí đầu tư.
 Nội dung nghiên cứu của đề tài:
Với mục đích tìm hiểu về phân hệ IMS và khả năng phát triển của nó, đề
tài của tôi bao gồm các nội dung chính sau:
Chương 1 Tổng quan về IMS: Tìm hiểu IMS là gì, tiến trình phát triển
của IMS và các yêu cầu trong hệ thống mạng IMS.
Chương 2 Kiến trúc và các giao thức trong IMS: Tìm hiểu về kiến trúc
IMS, các thành phần, chức năng của từng thành phần và các giao thức chính
được sử dụng trong IMS.
Chương 3 Các dịch vụ ứng dụng: Giới thiệu về các dịch vụ có thể được
triển khai trong IMS đó là: Presence, Truyền thông điệp – Messaging, Push to
talk over cellular, Conferencing. Đồng thời trong chương này còn nói đến
IMS và xu hướng hội tụ di động – cố định, là một xu thế tất yếu trong ngành
viễn thông tương lai mà NGN đang hướng tới.
Chương 4 Phân tích và đánh giá hiệu quả triển khai IMS: Đi sâu vào
phân tích và so sánh hiệu quả IMS với các giải pháp riêng (PS), dựa vào các
kết quả phân tích của Bell Labs để đưa ra đánh giá. Ngoài ra, trong chương
này cũng nêu lên những điểm yếu hiện tại của IMS để có cái nhìn toàn diện
hơn về nó.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
x
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IMS.
1.1. IMS là gì?
IMS - thuật ngữ viết tắt của IP Multimedia Subsystem, là một phần của
kiến trúc mạng thế hệ kế tiếp được cấu thành và phát triển bởi tổ chức 3GPP
và 3GPP2 để hỗ trợ truyền thông đa phương tiện hội tụ giữa thoại, video,
audio với dữ liệu và hội tụ truy nhập giữa 2G, 3G và 4G với mạng không dây.
IMS là một kiến trúc mạng nhằm tạo sự thuận tiện cho việc phát triển và

lập phiên), COPS (để đảm bảo QoS) và Diameter (cung cấp các cơ chế nhận
thực, xác thực và truy nhập CSDL thuê bao). IMS có khả năng bảo mật tốt
với nhiều cơ chế bảo vệ khác nhau để ngăn chặn sự tấn công từ bên ngoài và
kiểm soát người dùng truy nhập từ các mạng khác.
Để các đầu cuối đường dây có thể truy nhập độc lập với vận hành và bảo
dưỡng qua mạng Internet, phân hệ đa phương tiện IP đã cố gắng tương thích
với các chuẩn IETF (chuẩn Internet). Trong một số trường hợp là lấy chuẩn
giao thức của IETF, do đó các giao diện này tương thích hợp lý với các chuẩn
Internet ví dụ như giao thức SIP. . . .
Các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đang chuyển dịch vụ thoại truyền
thống sang VoIP để tối ưu cho giá thành đầu tư và giá thành dịch vụ. Tuy
nhiên nếu chỉ chuyển sang mỗi mạng VoIP thì vẫn không đủ để giải quyết hết
những lo âu về giá thành đầu tư, giá cước thu nhập và còn phải tăng nhiều chi
phí mới. Khi dịch vụ thoại chuyển sang mạng IP, nó sẽ trở thành một phần
của bộ các dịch vụ truyền thông hướng kết nối đa phương tiện thời gian thực
chạy trên mạng IP và cùng chia sẽ một sự sắp xếp client-server chung như
dịch vụ tin khẩn, cuộc gọi khẩn, hội nghị mạng và các dịch vụ VoIP, 3G …
Thêm vào đó để VoIP có thể hỗ trợ lớp các dịch vụ mới như dịch vụ đa
phương tiện, dịch vụ tích hợp thì cần có một nền tảng chuyển tiếp dịch vụ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
xiii
mới. Nền tảng ở đây được chọn chính là IMS (IP Multimedia Subsystem) do
3GPP định nghĩa và phát triển. Giải pháp của họ là thoại thế hệ kế tiếp với hệ
thống dữ liệu, phần mềm và các dịch vụ chuyên nghiệp, để đáp ứng mạng cần
hoạt động cả mạng đường dây và mạng không dây.
1.3. Tiến trình phát triển của IMS.
IMS được Dự án hợp tác về viễn thông thế hệ thứ 3 (3GPP – 3
rd
Generation Partnership Project) giới thiệu đầu tiên trong phiên bản thứ 5
(Release 5) vào tháng 3/2002 với các tính năng xử lý cuộc gọi cơ bản. IMS

miền chuyển mạch kênh (CS – Circuit Switch), tính năng hỗ trợ di động
WiMAX - LTE, WiMAX – UMTS.
1.4. Các yêu cầu trong hệ thống mạng IMS.
IMS được xây dựng và phát triển với mục đích phải kết hợp được những
xu hướng công nghệ mới nhất, làm cho mô hình Internet - Mobile trở thành
hiện thực, tạo ra một nền tảng chung để phát triển các dịch vụ multimedia đa
dạng, tạo một cơ chế tăng lợi nhuận nhờ việc bổ sung dịch vụ trên mạng di
động và tạo ra nhiều lợi nhuận hơn trong việc thúc đẩy khách hàng sử dụng
miền chuyển mạch gói trong 3G. Để đạt được những mục đích đó thì IMS đã
được định nghĩa như là một nền tảng kiến trúc để truyền tải các dịch vụ
multimedia IP tới người dùng cuối. 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 thỏa thuận chất lượng dịch vụ QoS; Hỗ trợ tính
năng liên mạng với các mạng Internet và mạng chuyển mạch kênh; Hỗ trợ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
xv
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.
1.4.1. Hỗ trợ việc thiết lập các phiên Multimedia 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.
1.4.2. 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

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.
1.4.5. Hỗ trợ 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.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
xvii
 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.
1.4.6. Hỗ trợ phát triển các dịch vụ.
Yêu cầu này ảnh hưởng mạnh mẽ đến thiết kế kiến trúc IMS. Yêu cầu này
khẳng định rằng các dịch vụ IMS không cần phải tiêu chuẩn hóa. Nó đánh dấu
một cột mốc quan trọng trong thiết kế mạng di động, bởi vì trước đây, tất cả
các dịch vụ riêng lẻ hoặc là phải chuẩn hóa hoặc là được thực hiện độc quyền.

• 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.
Tại thời điểm hiện tại, kiến trúc cuối cùng của IMS chưa được thống nhất.
Tuy nhiên về cơ bản nó sẽ vẫn dựa trên các thành phần như miêu tả trong
hình 2.1. Một điểm đáng lưu ý là kiến trúc IMS là một kiến trúc chức năng,
tức là các thực thể được định nghĩa dựa theo các chức năng của chúng. Điều
này có nghĩa là chúng có thể được thiết kế trên cùng một thiết bị phần cứng.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
xx
2.1.1. Lớp dịch vụ.
2.1.1.1. 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

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.
2.1.2. Lớp lõi IMS.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
xxiii
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 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).
- S-CSCF (Serving-CSCF).

- 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).
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
xxv
 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).