..

bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------

luận văn thạc sĩ khoa học

Ims Và THựC Tế TRIểN KHAI TRÊN MạNG vnPT

ngành : kỹ thuật điện tử
mà sè:23.04.3898
PH¹M MAI LOAN

Ng­êi h­íng dÉn khoa häc : GS.TS NGUN QuèC TRUNG

Hµ Néi 2008


Luận văn thạc sĩ khoa học

i

Phạm Mai Loan

LỜI CẢM ƠN
Trước hết em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới thầy PGS.TS Nguyễn Quốc
Trung, người trực tiếp giảng dạy em trong suốt hai năm học Cao học và cũng là
người trực tiếp hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Thầy
đã rất tận tình, dành nhiều thời gian, định hướng, gợi mở cho em nhiều ý tưởng
để bổ sung và hoàn thiện thiết kế của mình.

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất cả các thầy cô giáo đã truyền thụ
cho em những kiến thức vô cùng quý báu, làm nền tảng cho quá trình học tập và
nghiên cứu của em . Em cũng xin cảm ơn Ban giám đốc Viện đào tạo sau đại học
đã tạo mọi điều kiện cho chúng em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu vừa
qua.
Xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp đã cùng tôi chia sẻ, trao đổi kiến
thức và hỗ trợ tôi trong suốt quá trình học tập cũng như trong khi làm luận văn.
Cuối cùng tôi xin gửi tới tất cả những người thân trong gia đình và bạn bè
nói chung những tình cảm chân thành và lời cảm ơn sâu sắc đã động viên và tiếp
sức cho tơi hồn thành bản luận văn này.

Phạm Mai Loan

IP Multimedia Subsystem - IMS


Luận văn thạc sĩ khoa học

ii

Phạm Mai Loan

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ I
MỤC LỤC ............................................................................................................. II
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ............................................ IV
DANH MỤC BẢNG BIỂU ..............................................................................XIV
DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................... XV
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN..................................................... 4

1.1. Khái niệm về IMS ...................................................................................... 4
1.2. Nguồn gốc khái niệm IMS ......................................................................... 7
1.2.1. Từ GSM tới 3GPP Release 7 .............................................................. 7
1.2.2. Phân tích các tiêu chuẩn về IMS của 3GPP ................................... 10
1.2.3. Nhận xét về vấn đề lựa chọn phiên bản IMS.................................. 19
CHƯƠNG 2. CẤU TRÚC IMS ......................................................................... 22
2.1. Tổng quan ................................................................................................. 22
2.2. Mô tả mối quan hệ các thực thể và các chức năng trong IMS ............ 23
2.2.1. Các thực thể thực hiện chức năng điều khiển phiên cuộc gọi
(CSCF) .......................................................................................................... 24
2.2.2. Cơ sở dữ liệu ...................................................................................... 29
2.2.3. Các chức năng dịch vụ ...................................................................... 29
2.2.4. Các chức năng hoạt động liên mạng ............................................... 32
2.2.5. Các thực thể tính cước ...................................................................... 34
2.2.6. Các thực thể GPRS ........................................................................... 39
CHƯƠNG 3. LỚP BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN ......................................... 41
3.1. Cấu trúc mạng báo hiệu và điều khiển theo kiến trúc IMS ................. 41
3.1.1. Khối điều khiển SIP .......................................................................... 42
3.1.2. Cấu trúc tương tác IMS-PSTN/PLMN ........................................... 47
3.1.3. Khối điều khiển dịch vụ.................................................................... 63
3.1.4. Khối xử lý đa phương tiện................................................................ 65
3.2. Các giao thức báo hiệu và điều khiển trong mạng IMS ....................... 65
3.2.1. Giao thức SIP (Session Initiated Protocol) ..................................... 66
3.2.2. Giao thức Diameter (Dx/Cx/Sh) ...................................................... 70
3.2.3. Một số giao thức khác ....................................................................... 73
CHƯƠNG 4. PHÂN TÍCH XU HƯỚNG HỘI TỤ SỬ DỤNG CẤU TRÚC
IMS ....................................................................................................................... 80
4.1. Các đường biên hội tụ .............................................................................. 80

IP Multimedia Subsystem - IMS



Luận văn thạc sĩ khoa học

iii

Phạm Mai Loan

4.2. Hội tụ mạng .............................................................................................. 82
4.3. Cấu trúc FMC dựa trên IMS .................................................................. 83
4.4. Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống FMC dựa trên IMS ........... 85
4.4.1. Mơ hình tham chiếu .......................................................................... 85
4.4.2. Chức năng FMC và điểm hội tụ ...................................................... 88
CHƯƠNG 5. ĐỀ XUẤT ĐỊNH HƯỚNG XÂY DỰNG IMS – VNPT .......... 92
5.1. Đề xuất định hướng xây dựng IMS ........................................................ 92
5.1.1. Hiện trạng mạng NGN - VNPT ....................................................... 92
5.1.2. Yêu cầu chung khi xây dựng IMS ................................................... 93
5.1.3. Đề xuất cấu trúc mạng IMS ............................................................. 94
5.2. Đề xuất lộ trình triển khai IMS .............................................................. 97
5.2.1. Giai đoạn chuẩn bị ............................................................................ 97
5.2.2. Giai đoạn I ......................................................................................... 98
5.2.3. Giai đoạn II ........................................................................................ 99
5.2.4. Giai đoạn III .................................................................................... 100
5.3. Kết luận ................................................................................................... 101
5.3.1. Lợi ích của IMS ............................................................................... 101
5.3.2. Nhược điểm của IMS ...................................................................... 103
5.3.3. Kết luận ............................................................................................ 105

IP Multimedia Subsystem - IMS



Luận văn thạc sĩ khoa học

Phạm Mai Loan

iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

AAL
ACA

Tiếng Anh
3rd Generation Partnership
Project
A
Authentication,
Authorization and
Accounting
ATM Adaptation Layer
Accounting Answer

ACL

Access Control List

3GPP

AAA


ACP
ACR
ADSL
AKA
API
ARPU
AS
ATM
AUC
AUTN
AV
AVP
BCF
BGCF
BICC

Subsciption Authorization
Policy
Accounting Request
Asymmetric Digital
Subscriber Line
Authentication and Key
Agreement
Application Programming
Interface
Average Revenue Per Unit /
User
Application Server
Asynchronous Transfer

Mode
Authentication Centre
Authentication token
Authentication Vector
Audio Video Profile
B
Bearer Charging Function
Breakout Gateway Control
Function
Bearer Independent Call

IP Multimedia Subsystem - IMS

Tiếng Việt
Dự án hợp tác về mạng viễn
thơng thế hệ thứ 3
Nhận thực, trao quyền và thanh
tốn
Lớp thích ứng ATM
Trả lời việc thanh tốn
Danh sách điều khiển truy
nhập
Chính sách trao quyền th
bao
u cầu thanh tốn
Đường dây th bao số bất đối
xứng
Sự nhận thực và thoả thuận
khoá nhận thực
Giao diện lập trình ứng dụng

Lợi nhuận trung bình trên một
thuê bao
Máy chủ ứng dụng
Phương thức truyền dẫn bất
đối xứng
Trung tâm nhận thực
Thẻ nhận thực
Vector nhận thực
Chức năng tính cước Bearer
Chức năng điều khiển cổng
vào ra Breakout
Điều khiển cuộc gọi độc lập


Luận văn thạc sĩ khoa học

BTS

CAMEL
CAP
CGF
COPS
CCA
CCF
CCR
CDMA
CDF
CDR
CK
CLF

CPCP
CS
CSC
CRF
DES
DHCP
DNS
DSCP
ECF

Control
Base Transceiver Station
C
Customized Applications for
Mobile network Enhanced
Logic
CAMEL Application Part
Charging Gateway Function
Common Open Policy
Service
Credit-Control-Answer
Charging Collection
Function
Credit-Control-Request
Code Division Multiple
Access
Charging Data Function
Charging Data Record
Call Data Record
Ciphering (Cipher) Key

Connectivity session Locatio
n and repository Function
Conference Policy Control
Protocol
Circuit Switch
Call Session Controller
Charging Rule Function
D
Data Encryption Standard
Dynamic Host Configuration
Protocol
Domain Name System
Differentiated Services
Codepoints
E
Event Charging Function

IP Multimedia Subsystem - IMS

Phạm Mai Loan

v

với kênh mang
Trạm gốc

Phần ứng dụng CAMEL
Chức năng cổng tính cước
Dịch vụ chính sách mở
Trả lời việc đối chứng tín dụng

Chức năng thu thập thơng tin
cước
Yêu cầu đối chứng tín dụng
Đa truy nhập phân chia theo
mã
Chức năng dữ liệu tính cước
Bản ghi dữ liệu tính cước
Bản ghi dữ liệu cuộc gọi
Khố mật mã
Vị trí phiên liên kết và kho
chức năng
Giao thức điều khiển chính
sách hội nghị
Chuyển mạch kênh
Bộ điều khiển phiên cuộc gọi
Chức năng luật tính cước
Chuẩn mã hố dữ liệu
Giao thức cấu hình máy chủ
động
Hệ thống tên miền
Mã điểm các dịch vụ khác biệt
Chức năng tính cước dựa trên


Luận văn thạc sĩ khoa học

EDGE
ENUM
ETSI


ESP

FTP
FMC

GAMA
GCID
GERAN
GGSN
GLMS
GPRS
GSM

vi

Enhanced Data Rates for
Global Evolution
Telephone Number Mapping
Service Registration
European
Telecommunications
Standards Institute
Encapsulating
(Encapsulated) Security
Payload
F
File Transfer Protocol
Fixed Mobile Convergence
G
Motorola’s Global

Application Management
Architecture
GPRS Charging Identifier
GSM/Edge Radio Access
Network
Gateway GPRS Support
Node
Group List Management
Server
General Packet Radio
Service
Global System for Mobile
Communications

GUI

Graphic User Interface

HLR
HSS

H
Home Location Register
Home Subscriber Server

HTTP

Phạm Mai Loan

sự kiện

Mạng vô tuyến cải tiến về giao
diện vô tuyến GSM nhằm tăng
tốc độ truyền số liệu
Sự đăng kí dịch vụ dùng ánh
xạ số điện thoại
Viện tiêu chuẩn viễn thơng
châu âu
Tải bảo mật đóng gói

Giao thức truyền tải file
Sự hội tụ di động và cố định
Kiến trúc quản lý ứng dụng
tồn cầu của Motorola
Nhận dạng tính cước GPRS
Mạng truy nhập vô tuyến GSM
hoặc EDGE
Nút hỗ trợ Cổng vào ra GPRS
Máy chủ quản lý danh sách
nhóm
Dịch vụ vơ tuyến gói thơng
thường
Hệ thống thơng tin đi động
tồn cầu
Giao diện đồ hoạ của người
dùng

Thanh ghi định vị thường trú
Máy chủ thuê bao thường trú
Giao thức truyền tải siêu văn
Hypertext Transport Protocol

bản

IP Multimedia Subsystem - IMS


Luận văn thạc sĩ khoa học

vii

Phạm Mai Loan

I
I-CSCF
ICID
ICP
IETF

Interrogating-CSCF
IMS Charging Identifier
Internet Cache Protocol
Internet Engineering Task
Force

IEC

Immediate Event Charging

IFS
IK
IKE

IM

Intergrated Feature Server
Integrity Key
Internet Key Exchange
Instant Messaging
Intergarated Multimedia
Enviroment

IME
IMS-MGW

IP Multimedia SubsystemMedia Gateway Function

IM-SSF

IP Multimedia Service
Switching Function

IMS

IP Multimedia Subsystem

IMSI
INAP
IOI
IP
IP-sec
ISIM
ISC

ISIM
ISDN

International Mobile
Subscriber Identier
Intelligent Network
Application Protocol
Inter-Operator Identifier
Internet Protocol
Internet Protocol security
IP Multimedia Services
Identity Module
IMS Service Control
IP Multimedia Services
Identity Module
Integrated Services Digital
Network

IP Multimedia Subsystem - IMS

CSCF tham vấn
Nhận dạng tính cước IMS
Giao thức ICP
Nhóm làm việc liên quan đến
các giao thức Internet
Tính cước dựa trên sự kiện
trực tiếp
Máy chủ tích hợp các đặc tính
Khố Intergrity
Trao đổi khố Internet

Nhắn tin tức thời
Mơi trường đa phương tiện
truyền thơng tích hợp
Chức năng cổng vào ra truyền
thông – phân hệ đa phương
tiện IP
Chức năng chuyển mạch phục
vụ đa phương tiện IP
Phân hệ đa phương tiện dựa
trên giao thức Internet
Số nhận dạng thuê bao di động
quốc tế
Giao thức ứng dụng cho mạng
thông minh
Nhận dạng giữa nhà khai thác
Giao thức Internet
Bảo mật giao thức Internet
Modun nhận dạng các dịch vụ
đa phương tiện IP
Giao diện điều khiển dịch vụ
IMS
Modun nhận dạng các dịch vụ
đa phương tiện IP
Mạng số đa dịch vụ tích hợp


Luận văn thạc sĩ khoa học

ISUP


viii

ITU

ISDN User Part
International
Telecommunication Union
M

MAA

Multimedia-Auth-Answer

MAP

Mobile Application Part

MAR

Multimedia-Auth-Request

MCC

Mobile Country Code

MGW

Media Gateway Function

MNO


Media Gateway Control
Function
Media Gateway Control
Protocol
Multipurpose Internet Mail
Extension
Mobile Network (National)
Code
Mobile Network Operator

MML

Man Manchine Language

MGCF
MGCP
MIME
MNC

MMS
MOU
MRFC
MRFP

Multimedia Messaging
Service
Memorandum Of
Understanding
Multimedia Resource

Function Controller
Media Resource Function
Processor

MRS

Media Resource Server

MSC

Mobile Switching Centre

MSIN

Mobile Subscriber
Identification Number

IP Multimedia Subsystem - IMS

Phạm Mai Loan

Phần người dùng ISDN
Liên minh viễn thông quốc tế
Trả lời cho nhận thực đa
phương tiện
Phần ứng dụng cho di động
Yêu cầu nhận thực đa phương
tiện
Mã di động quốc gia
Chức năng cổng vào ra truyền

thông
Chức năng điều khiển cổng
vào ra truyền thông
Giao thức điều khiển cổng
truyền thông
Sự mở rộng Thử Internet cho
đa mục đích
Mã mạng di động (Mã mạng di
động trong nước)
Nhà khai thác mạng di động
Ngôn ngữ giao diện người và
máy
Dịch vụ nhắn tin đa phương
tiện
Biên bản ghi nhớ
Bộ điều khiển chức năng tài
nguyên đa phương tiện
Bộ xử lý chức năng tài nguyên
truyền thông
Máy chủ tài nguyên truyền
thông
Trung tâm chuyển mạch di
động
Số nhận dạng thuê bao di động


Luận văn thạc sĩ khoa học

ix


PA
PBX
PDA

Mobile Subscriber
International ISDN
Message Session Relay
Protocol
Message Transfer Part
N
Network Access Configurati
on Function
Naming Authority PoinTeR
Network Attachment
Subsystem
Network Address Translator
Next Generation Network
L
Location services
Location-Info-Answer
Location-Info-Request
Local Number Portability
O
Operational Administration
and Maintenance
Operator Charging Gateway
Online Charging System
Open Mobile Alliance
Open Services Architecture
OSA Service Capability

Server
P
Presence Agent
Private Branch Exchange
Personal Digital Assistant

PDF

Policy Decision Function

MSISDN
MSRP
MTP
NACF
NAPTR
NASS
NAT
NGN
LCS
LIA
LIR
LNP
OAM
OCG
OCS
OMA
OSA
OSA SCS

PDH

PDP

Plesiochronous Digital
Hierarchy
Packet Data Protocol

IP Multimedia Subsystem - IMS

Phạm Mai Loan

Mạng số đa dịch vụ tích hợp
quốc tế cho thuê bao di động
Giao thức chuyển giao phiên
tin nhắn
Phần truyền dẫn bản tin
Chức năng cấu hình truy nhập
mạng
Thẻ trao quyền đặt tên
Phân hệ truy nhập mạng
Bộ chuyển đổi địa chỉ mạng
Mạng thế hệ sau
Các dịch vụ dựa trên vị trí
Trả lời – thơng tin vị trí
u cầu thơng tin vị trí
Sự quản lý vận hành và bảo
dưỡng
Cổng điều hành tính cước
Hệ thống tính cước online
Liên minh di động mở
Kiến trúc các dịch vụ mở

Máy chủ tiềm trữ phục vụ
OSA
Máy chủ hiển thị
Tổng đài nhánh cá nhân
Thiết bị trợ giúp số cá nhân
Chức năng quyết định chính
sách
Phân cấp số cận đồng bộ
Giao thức dữ liệu gói


Luận văn thạc sĩ khoa học

PEP
PEF
PHB
PIB
P-CSCF
PLMN
PNA
PNR
POC
POTS
PPA
PPR
PRACK
PS
PSI
PSTN
PUA

PUR
QOS
RACF
RAN
RAND
RBT
RES
RLS
RNC

x

Policy Decision Point
Policy Enforcement Point
Policy Enforcement Function
Per Hop Behavior
Policy Information Base
Proxy-CSCF

Phạm Mai Loan

Điểm quyết định chính sách
Điểm ép chính sách
Chức năng ép chính sách

Cơ sở thơng tin chính sách
CSCF uỷ quyền
Mạng di động mặt đất công
Public Land Mobile Network
cộng

Push-Notification-Answer
Trả lời – đẩy vào thông báo
Push-Notification-Request
Yêu cầu đẩy vào thông báo
Push to talk over the Cellular Dịch vụ đàm thoại trên Cell
service
Hệ thống điện thoại truyền
Plain Old Telephone System
thống
Push-Profile-Answer
Trả lời – việc đẩy vào hồ sơ
Push-Profile-Request
Yêu cầu đẩy vào hồ sơ
Provisional Response
Thừa nhận đáp ứng tạm thời
ACKnowledgement
Packet Switch
Chuyển mạch gói
Public Service Identity
Nhận dạng dịch vụ cơng cộng
Public Switched Telephone
Mạng điện thoại chuyển mạch
Network
công cộng
Presence User Agent
Tác nhân người dùng hiển thị
Profile-Update-Request
Yêu cầu cập nhật hồ sơ
Q
Quality of Service

Chất lượng dịch vụ
R
Resource Access Control
Phương tiện điều khiển truy
Facility
nhập tài nguyên
Radio Access Network
Mạng truy nhập vô tuyến
Random challenge
Ring Back Tone
Hồi âm chuông
Response
Đáp ứng
Máy chủ lên danh sách tài
Resource List Server
nguyên (hiển thị)
Radio Network Controller
Điều khiển mạng vô tuyến

IP Multimedia Subsystem - IMS


Luận văn thạc sĩ khoa học

RSVP
RTP
RTA
RTR
SA
SAA

SAR
SBLP
SCF
SCS
SCIM
S-CSCF
SDH
SDP
SEG
SGW
SGSN
SIM
SIP
SLF
SNA
SNR
SM
SMG
SME

xi

Phạm Mai Loan

Giao thức thiết lập phân bổ tài
nguyên
Giao thức truyền tải thời gian
Real-time Transport Protocol
thực
Registration-TerminationTrả lời cho sự kết thúc đăng ký

Answer
Registration-TerminationYêu cầu kết thúc đăng ký
Request
S
Security Association
Sự kết hợp bảo mật
Server-Assignment-Answer Trả lời sự phân bổ máy chủ
Server-Assignment-Request Yêu cầu phân bổ máy chủ
Chính sách nội bộ dựa trên
Service-Based Local Policy
dịch vụ
Session Charging Function
Chức năng tính cước phiên
Service Capability Server
Máy chủ tính năng dịch vụ
Server Capability Interaction Nhà quản lý sự tương tác tính
Manager
năng của máy chủ
Serving-CSCF
CSCF phục vụ
Synchronous Digital
Phân cấp số đồng bộ
Hierarchy
Session Description Protocol Giao thức mô tả phiên
Security Gateway
Cổng vào ra bảo mật
Signalling Gateway
Cổng vào ra báo hiệu
Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ phục vụ GPRS
Subscriber Identity Module

Modun nhận dạng thuê bao
Session Initiation Protocol
Giao thức khởi tạo phiên
Subscription Locator
Chức năng bộ định vị sự thuê
Function
bao
Subscribe-NotificationsTrả lời (đáp lại) các thông báo
Answer
về thuê bao
Subscribe-NotificationsYêu cầu các thông báo về thuê
Request
bao
Session Manager
Quản lý phiên
Special Mobile Group
Nhóm đặc trách về di động
Small and Medium-sized
Doanh nghiệp vừa và nhỏ
Resource ReserVation setup
Protocol

IP Multimedia Subsystem - IMS


Luận văn thạc sĩ khoa học

xii

SMS

SRF
SRV RR

Enterprise
Secure MIME
Short Message Peer-to-Peer
Protocol
Short Messaging Service
Single Reservation Flow
Service record

SS7 MTP

SS7 Message Transfer Part

SSP

Subscriber Service Profile
T
Time Division/Code
Division Multiple Access

S/MIME
SMPP

TD-CDMA
TBCP
THIG

TISPAN

TLS
TTCN
TUI

Talk Burst Control Protocol
Topology Hiding Internetwork Gateway
Telecoms & Internet
converged Services &
Protocols for Advanced
Networks
Transport Layer Security
Testing and Test Control
Notation
Text User Interface
U

UAA

User-Authorization-Answer

UAR

User-Authorization-Request

UDA
UDP
UDR
UE

User-Data-Answer

User Datagram Protocol
User-Data-Request
User Equipment
Universal Integrated Circuit
Card

UICC

IP Multimedia Subsystem - IMS

Phạm Mai Loan

MINE an toàn
Giao thức tin nhắn ngắn ngang
hàng
Dịch vụ nhắn tin ngắn
Bản ghi dịch vụ
Phần truyền dẫn bản tin trong
SS7
Hồ sơ phục vụ thuê bao
Đa truy nhập phân chia theo
thời gian / phân chia theo mã
Giao thức điều khiển burst
thoại
Cổng vào ra ẩn cấu hình giữa
các mạng
Tổ chức hội tụ viễn thông và
Internet về dịch vụ và giao
thức cho các mạng tiên tiến
Bảo mật lớp truyền tải

Thông báo điều khiển kiểm tra
và thông báo việc kiểm tra
Giao diện người dùng văn bản
Trả lời sự trao quyền người
dùng
Yêu cầu trao quyền người
dùng
Trả lời về dữ liệu người dùng
Giao thức UDP
Yêu cầu dữ liệu người dùng
Thiết bị của người dùng
Thẻ mạch tích hợp tồn cầu


Luận văn thạc sĩ khoa học

xiii

UMTS

Universal Mobile
Telecommunications System

URI

Uniform Resource Identifier

USDS
USIM
VCC

VHE
VoIP
WAP
WCDMA
WIN
WLAN
UTRAN

XCAP
XDM
XDMC
XDMS
XML
XRES

Lucent Unified Subscriber
Data Server
UMTS Subscriber Identity
Module
V
Voice Call Continuity
Virtual Home Environment
Voice over IP
W
Wireless Application
Protocol
Wideband Code Division
Multiple Access
Wireless Intelligent Network
Wireless Local Area

Network
UMTS Terrestrial Radio
Access Network
X
XML Configuration Access
Protocol
XML Document
Management
XML Document
Management Client
XMLDocument Management
Server
Extensible Markup Language
Expected response

IP Multimedia Subsystem - IMS

Phạm Mai Loan

Hệ thống viễn thông di động
phổ biến
Nhận dạng tài nguyên đồng
dạng
Máy chủ dữ liệu thuê bao
thống nhất của Lucent
Modun nhận dạng thuê bao
UMTS
Sự liên tục của cuộc gọi thoại
Môi trường thường trú ảo
Thoại nhờ thức Internet

Giao thức ứng dụng vô tuyến
Đa truy nhập phân chia theo
mã băng rộng
Mạng thông minh không dây
Mạng nội vùng không dây
Mạng truy nhập vô tuyến mặt
đất UMTS
Giao thức truy nhập cấu hình
XML
Quản lý tài liệu XML
Khách quản lý tài liệu XML
Máy chủ quản lý tài liệu XML
Ngôn ngữ Đánh dấu Mở rộng


Luận văn thạc sĩ khoa học

xiv

Phạm Mai Loan

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1 Các tính năng IMS cơ bản được chuẩn hóa trong phiên bản
Release 6 ....................................................................................................................... 18
Bảng 2-1 Bảng tham chiếu các bản tin tính cước offline................................... 36
Bảng 2-2 Bảng tham chiếu các bản tin tính cước online ................................... 39
Bảng 3-1 Các bản tin yêu cầu của SIP................................................................... 69
Bảng 3-2 Các bản tin đáp ứng của SIP ................................................................. 70

IP Multimedia Subsystem - IMS



Luận văn thạc sĩ khoa học

xv

Phạm Mai Loan

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1-1 IMS trong các mạng hội tụ. ...................................................................... 6
Hình 1-2 Vai trò của IMS trong các mạng chuyển mạch gói. ............................ 8
Hình 1-3 Cấu trúc các phần tử chức năng cơ bản của IMS (3GPP Release 5)
........................................................................................................................................ 14
Hình 2-1 Cấu trúc phân lớp IMS ........................................................................... 22
Hình 2-2 S-CSCF định tuyến và tạo lập phiên IMS cơ bản ............................. 28
Hình 2-3 Cấu trúc HSS ............................................................................................. 29
Hình 2-4 Mối quan hệ giữa các loại máy chủ ứng dụng khác nhau ............... 31
Hình 2-5 Sự chuyển đổi báo hiệu trong SGW ..................................................... 34
Hình 2-6 Cấu trúc tính cước offline IMS.............................................................. 34
Hình 2-7 Hệ thống tính cước online trong IMS. ................................................. 37
Hình 3-1 Cấu trúc phân lớp IMS theo 3GPP....................................................... 41
Hình 3-2 Kiến trúc IMS core ................................................................................... 43
Hình 3-3 Cấu trúc tương tác IMS-CS ................................................................... 48
Hình 3-4 Flow bản tin thiết lập cuộc gọi từ một IMS User và CS user.......... 49

Hình 3-5 IMS Mobility Gateway cho thuê bao dual-mode giữa mạng IMSGSM .............................................................................................................................. 53
Hình 3-6 Message Flow của thuê bao dual-mode roaming từ mạng GSM
sang mạng IMS ........................................................................................................... 54
Hình 3-7 Message Flow của Cuộc gọi từ thuê bao CS đến thuê bao IMS ..... 55
Hình 3-8 Message Flow của ứng dụng Toll-Free Number thơng qua SIP-toTCAP Gateway ........................................................................................................... 56

Hình 3-9 Message flow của điều khiển Online Charging với SIP-to-CAP
Gateway........................................................................................................................ 58
Hình 3-10 Cấu trúc tương tác của SIP-SMS........................................................ 59
Hình 3-11 Message Flow của thuê bao GSM gửi bản tin SMS tới thuê bao
IMS ................................................................................................................................ 60
Hình 3-12 Interworking IMS-CS - Trường hợp thuê bao IMS gọi thuê bao
CS .................................................................................................................................. 62

IP Multimedia Subsystem - IMS


Luận văn thạc sĩ khoa học

xvi

Phạm Mai Loan

Hình 3-13 Interworking IMS-CS – Trường hợp thuê bao CS gọi thuê bao . 63
Hình 3-14 Cấu trúc HSS ........................................................................................... 64
Hình 3-15 Giao thức báo hiệu SIP và DIAMETER trong cấu trúc IMS....... 66
Hình 3-16 Các thành phần của SIP........................................................................ 68
Hình 3-17 Cấu trúc của giao thức Diameter ........................................................ 72
Hình 3-18 Các giao diện Sh, Dh, Cx, Dx ............................................................... 72
Hình 4-1 Các phương thức hội tụ ........................................................................... 81
Hình 4-2 Cấu trúc FMC dựa trên IMS ................................................................. 83
Hình 4-3 Mơ hình tham chiếu cấu trúc FMC dựa trên IMS ............................ 85
Hình 4-4 Điểm hội tụ và chức năng FMC............................................................. 88
Hình 5-1 Cấu trúc mạng NGN-VNPT ................................................................... 92
Hình 5-2 Mơ hình mạng IMS trong giai đoạn chuẩn bị .................................... 98
Hình 5-3 Mơ hình IMS trong giai đoạn I .............................................................. 99

Hình 5-4 Mơ hình IMS trong giai đoạn II .......................................................... 100
Hình 5-5 Mơ hình IMS trong giao đoạn III ....................................................... 101

IP Multimedia Subsystem - IMS


Luận văn thạc sĩ khoa học

1

Phạm Mai Loan

LỜI MỞ ĐẦU
IMS là khái niệm được nhắc đến nhiều trong chiến lược phát triển mạng lưới
của các nhà khai thác dịch vụ di động và cố định trên thế giới nhằm tạo ra một cơ
sở hạ tầng mạng có khả năng triển khai nhanh chóng và đa dạng các loại hình
dịch vụ đa phương tiện. Cấu trúc điều khiển dựa trên IMS tạo nền tảng cho việc
hội tụ cố định và di động (FMC) được thực hiện.
Với định hướng phát triển mạng cung cấp các dịch vụ băng rộng, VNPT cần
cân nhắc giải pháp triển khai IMS. Khái niệm IMS được bắt đầu với việc chuẩn
hóa cấu trúc mạng di động 3G trong phiên bản Release 5 của 3GPP. Trong cấu
trúc Release 5 này, phần mạng lõi xuất hiện thêm phân hệ IMS tạo ra một nền
tảng dịch vụ với phần điều khiển dựa trên giao thức SIP. Nền tảng dịch vụ này
cho phép cung cấp các phiên truyền đa phương tiện cho mạng di động. Việc
chuẩn hóa cấu trúc IMS cho mạng cố định được bắt đầu với Release 1 của
TISPAN. Trong cấu trúc TISPAN, với việc bổ xung thêm các phân hệ điều khiển
NASS và RACS đảm bảo cho việc tích hợp với mạng cố định (PSTN và mạng
băng rộng cố định) có khả năng thực hiện được.
Trong luận văn cung cấp chi tiết một số phần trong cấu trúc IMS như: khái
niệm IMS, kiến trúc IMS, các giao thức sử dụng,.. Về bố cục đề tài được cấu trúc

với các nội dung cơ bản như sau:
•

Chương 1. Khái niệm về IMS và các tổ chức liên quan đến việc chuẩn
hóa cấu trúc IMS

IP Multimedia Subsystem - IMS


Luận văn thạc sĩ khoa học

2

Phạm Mai Loan

• Chương 2, 3. Nghiên cứu cấu trúc IMS theo tiêu chuẩn 3GPP. Xây dựng
lớp báo hiệu điều khiển và lớp dịch vụ theo kiến trúc IMS. Đưa ra các
giao thức chủ yếu được dùng trong IMS.
• Chương 4. Phân tích xu hướng hội tụ sử dụng cấu trúc IMS
• Chương 5. Kết luận và khuyến nghị, khuyến nghị mạng NGN của VNPT
xây dựng theo mơ hình IMS theo giải pháp của Siemens.
Trong luận văn, việc phân tích bắt đầu với việc xác định rõ khái niệm IMS
và vai trò của phân hệ này trong cấu trúc tổng thể của hệ thống cung cấp dịch vụ.
Nghiên cứu chi tiết về cấu trúc IMS được thực hiện với cấu trúc theo chuẩn của
3GPP. Đây là tổ chức tiêu chuẩn thực hiện chuẩn hóa đối với nhánh di động theo
công nghệ WCDMA. Khái niệm về IMS lần đầu tiên được tổ chức này chuẩn
hóa trong phiên bản 3GPP Release 5. Chương 2, 3 phân tích cấu trúc IMS theo
tiêu chuẩn 3GPP, xây dựng lớp báo hiệu điều khiển và lớp dịch vụ theo kiến
trúc IMS, đồng thời phân tích các giao thức chủ yếu được dùng trong IMS. Khi
xem xét về IMS, việc nắm bắt về xu hướng hội tụ di động và cố định là một điểm

mấu chốt, cấu trúc IMS đảm bảo cho việc thực thi FMC được đề cập ở chương 4.
Mục tiêu lâu dài của FMC là cung cấp cho thuê bao các dịch vụ không hạn chế
trong môi trường truy nhập mạng cố định và di động. Trong cấu trúc FMC này,
lớp truy nhập và các thiết bị tập trung truy nhập được ghép chung vào một miền
truyền tải truy nhập (Access Transport) hỗ trợ kết nối giữa miền thiết bị đầu cuối
thuê bao (User Equipment Domain) với miền truyền tải lõi (Core Transport
Domain) độc lập với công nghệ truy nhập. Lõi IMS thực hiện chức năng điều
khiển cuộc gọi trong miền điều khiển phiên (Session Control Domain). Cấu trúc
FMC sử dụng miền điều khiển phiên và miền dịch vụ chung cho cả thuê bao cố

IP Multimedia Subsystem - IMS


Luận văn thạc sĩ khoa học

3

Phạm Mai Loan

định và di động. Và nội dung quan trọng nhất của luận văn, chương 5, đề xuất
định hướng xây dựng IMS và khuyến nghị lộ trình triển khai IMS trong cấu trúc
mạng VNPT

IP Multimedia Subsystem - IMS


Luận văn thạc sĩ khoa học

Phạm Mai Loan


TÓM TẮT LUẬN VĂN
IMS (IP Multimedia Subsystem) là một kiến trúc mạng nhằm tạo sự thuận
tiện cho việc phát triển và phân phối các dịch vụ đa phương tiện đến người dùng,
bất kể là họ đang kết nối thông qua mạng truy nhập nào. IMS hỗ trợ nhiều
phương thức truy nhập như GSM, UMTS, CDMA2000, truy nhập hữu tuyến
băng rộng như cáp xDSL, cáp quang, cáp truyền hình, cũng như truy nhập vơ
tuyến băng rộng WLAN, WiMAX. IMS tạo điều kiện cho các hệ thống mạng
khác nhau có thể kết nối với nhau thông qua một cấu trúc mở. IMS hứa hẹn
mang lại nhiều lợi ích cho cả người dùng lẫn nhà cung cấp dịch vụ.
IMS là khái niệm được nhắc đến nhiều trong chiến lược phát triển mạng
lưới của các nhà khai thác dịch vụ di động và cố định trên thế giới nhằm tạo ra
một cơ sở hạ tầng mạng có khả năng triển khai nhanh chóng và đa dạng các loại
hình dịch vụ đa phương tiện. Cấu trúc điều khiển dựa trên IMS tạo nền tảng cho
việc hội tụ cố định và di động (FMC) được thực hiện.
Trong luận văn, việc phân tích bắt đầu với việc xác định rõ khái niệm IMS
và vai trò của phân hệ này trong cấu trúc tổng thể của hệ thống cung cấp dịch vụ.
Nghiên cứu chi tiết về cấu trúc IMS được thực hiện với cấu trúc theo chuẩn của
3GPP. Đây là tổ chức tiêu chuẩn thực hiện chuẩn hóa đối với nhánh di động theo
công nghệ WCDMA. Khái niệm về IMS lần đầu tiên được tổ chức này chuẩn
hóa trong phiên bản 3GPP Release 5. Chương 2, 3 phân tích cấu trúc IMS theo
tiêu chuẩn 3GPP, xây dựng lớp báo hiệu điều khiển và lớp dịch vụ theo kiến
trúc IMS, đồng thời phân tích các giao thức chủ yếu được dùng trong IMS. Khi
xem xét về IMS, việc nắm bắt về xu hướng hội tụ di động và cố định là một điểm
mấu chốt, cấu trúc IMS đảm bảo cho việc thực thi FMC được đề cập ở chương 4.

IP Multimedia Subsystem - IMS


Luận văn thạc sĩ khoa học


Phạm Mai Loan

Mục tiêu lâu dài của FMC là cung cấp cho thuê bao các dịch vụ không hạn chế
trong môi trường truy nhập mạng cố định và di động. Trong cấu trúc FMC này,
lớp truy nhập và các thiết bị tập trung truy nhập được ghép chung vào một miền
truyền tải truy nhập (Access Transport) hỗ trợ kết nối giữa miền thiết bị đầu cuối
thuê bao (User Equipment Domain) với miền truyền tải lõi (Core Transport
Domain) độc lập với công nghệ truy nhập. Lõi IMS thực hiện chức năng điều
khiển cuộc gọi trong miền điều khiển phiên (Session Control Domain). Cấu trúc
FMC sử dụng miền điều khiển phiên và miền dịch vụ chung cho cả thuê bao cố
định và di động. Và nội dung quan trọng nhất của luận văn, chương 5, đề xuất
định hướng xây dựng IMS và khuyến nghị lộ trình triển khai IMS trong cấu trúc
mạng VNPT

IP Multimedia Subsystem - IMS


Luận văn thạc sĩ khoa học

4

Phạm Mai Loan

CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
1.1. Khái niệm về IMS
Mạng cố định và di động đã phát triển liên tục trong hơn 20 năm qua. Trong
mạng thông tin di động, các hệ thống thế hệ 1 (1G) đã được giới thiệu triển khai
từ giữa thập niên 80. Các mạng này đã hỗ trợ những dịch vụ cơ bản cho thuê
bao, chủ yếu là các dịch vụ thoại và các dịch vụ có liên quan tới thoại. Các hệ
thống thế hệ 2 (2G) từ những năm 1990 đã hỗ trợ thuê bao một số dịch vụ truyền

số liệu và nhiều dịch vụ bổ sung khác. Thế hệ 3G hiện nay đang cho phép truyền
tốc độ số liệu nhanh hơn với nhiều dịch vụ đa phương tiện khác nhau. Ở mạng cố
định, như mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN) và mạng số đa dịch
vụ tích hợp (ISDN), các dịch vụ thơng tin video và thơng tin thoại truyền thống
vẫn cịn thống trị. Những năm gần đây, do các kết nối Internet ngày càng nhanh
và rẻ cho nên đã làm bùng nổ số lượng thuê bao sử dụng dịch vụ này. Dịch vụ
Internet được sử dụng phổ biến hiện nay là dịch vụ đường dây thuê bao số bất
đối xứng (ADSL). Các loại kết nối Internet này cho phép luôn ở trạng thái liên
kết, giúp cho thuê bao dùng chúng với các mục đích thơng tin thời gian thực, ví
dụ như các ứng dụng cho chat hoặc game online, thoại qua IP (VoIP).
Hiện nay, chúng ta đang trải qua sự hội tụ nhanh giữa mạng cố định và di
động với sự thâm nhập nhanh chóng của các thiết bị di động. Những thiết bị di
động với màn hiển thị rộng và rõ ràng hơn, được tích hợp camera và nhiều tài
nguyên ứng dụng khác. Các thiết bị ứng dụng khác nhau luôn được kết nối với
nhau, giúp các dịch vụ ngày càng trở nên đa dạng. Giờ đây, các ứng dụng sẽ
không là các thực thể đơn độc chỉ chuyển đổi thông tin với giao diện thuê bao
nữa. Trong mạng thế hệ mới có nhiều ứng dụng lý thú hơn như các thực thể

IP Multimedia Subsystem - IMS


Luận văn thạc sĩ khoa học

5

Phạm Mai Loan

ngang hàng, chúng giúp sự chia sẻ thông tin dễ dàng hơn nhờ: trình duyệt chia
sẻ, whiteboard chia sẻ, chia sẻ kinh nghiệm game, chia sẻ phiên vơ tuyến 2
đường (ví dụ như: Push to Talk over Cellular). Khái niệm kết nối cũng sẽ được

định nghĩa lại. Sự quay số và đàm thoại sẽ chỉ được xem như một phần nhỏ trong
các tính năng mà mạng hỗ trợ. Khả năng thiết lập một kết nối ngang hàng giữa
các thiết bị mới có giao thức Internet (IP) mới là vấn đề mấu chốt. Mô hình mới
của những phương tiện thơng tin này sẽ tiến xa so với khả năng của dịch vụ điện
thoại trước đây (POTS).
Để thực hiện việc thông tin, các ứng dụng trên nền IP cần phải sử dụng các
kỹ thuật kết nối. Mạng điện thoại hiện nay hỗ trợ các tác vụ then chốt cho sự
thiết lập 1 kết nối. Bằng việc quay số ngang hàng, mạng có thể thiết lập một kết
nối ad hoc giữa bất kỳ 2 đầu cuối nào qua mạng IP. Khả năng kết nối IP này chỉ
được sử dụng trong các môi trường nhà hỗ trợ dịch vụ đơn độc và phân tán trong
mạng Internet; trong các hệ thống đóng này, cạnh tranh dựa trên nền tảng thuê
bao. Tuy vậy, ở các hệ thống này, thuê bao chỉ được giới hạn trong các dịch vụ
chỉ được hỗ trợ bởi hệ thống. Vì vậy, để đa dạng hóa các loại hình dịch vụ và
đơn giản q trình hỗ trợ dịch vụ, chúng ta cần 1 hệ thống toàn cầu IMS cho
phép các ứng dụng ở các thiết bị hỗ trợ IP thiết lập các kết nối ngang hàng (peerto-peer) và peer-to-content dễ dàng và an toàn.
Vậy IMS được định nghĩa là cấu trúc truy nhập độc lập, không giới hạn; cấu
trúc điều khiển dịch vụ và kết nối dựa trên nền IP hỗ trợ cho thuê bao rất nhiều
loại dịch vụ đa phương tiện khác nhau thông qua việc sử dụng các giao thức
Internet thông thường.

IP Multimedia Subsystem - IMS


Luận văn thạc sĩ khoa học

6

Phạm Mai Loan

Sự tích hợp của dịch vụ thoại và số liệu làm tăng hiệu quả triển khai các ứng

dụng mới như dịch vụ hiển thị, chat đa phương tiện, push to talk và hội nghị. Kỹ
năng phối hợp tính di động và mạng IP sẽ quyết định sự thành công của dịch vụ
trong tương lai.
Hình 1-1 chỉ ra một mạng thơng tin hội tụ môi trường di động và cố định.
IMS hỗ trợ việc kiểm sốt phiên truyền dẫn trên miền chuyển mạch gói, đồng
thời cũng mang tới miền chuyển mạch gói (PS) các chức năng của miền chuyển
mạch kênh (CS). IMS là công nghệ chủ chốt sử dụng cho sự hợp nhất mạng.

Hình 1-1 IMS trong các mạng hội tụ.

IP Multimedia Subsystem - IMS