Sự phát triển với tốc độ chóng mặt của các dịch vụ đa phương tiện với yêu cầu về băng thông và chất lượng dịch vụ cao đã mở ra một kỷ nguyên mới trong lĩnh vực công nghệ viễn thông. Cùng với đó, sự phát triển nhanh chóng của các mạng di động và cố định, các mạng truyền dẫn qua vệ tinh đã làm nảy sinh các ý tưởng về khả năng hội tụ các mạng này. Đó là khởi nguồn để phân hệ đa truyền thông IP IMS ra đời và phát triển. Đây là bước đệm quan trọng không thể bỏ qua để đi đến sự hội tự thực sự của mạng viễn thông...
1. Khái niệm IMS
IMS (IP multimedia subsystem) là một chuẩn dựa trên mạng IP sử dụng cả mạng cố định và không dây, cung cấp các dịch vụ đa phương tiện bao gồm: audio, video, thoại, văn bản và dữ liệu. Các dịch vụ này có thể chia thành ba loại sau:
- Dịch vụ không yêu cầu thời gian thực như tin nhắn đa phương tiên MMS.
- Dịch vụ gần thời gian thực như Push to talk, dịch vụ game.
- Dịch vụ thời gian thực như thoại, audio/video, hội nghị truyền hình.
IMS có khả năng hội tụ mạng cố định và không dây FMC. IMS thực hiện được điều này nhờ cấu trúc phân lớp ngang tức là các lớp độc lập với nhau như hình 1.
Lớp đầu tiên là lớp mạng, truyền tải dung lượng báo hiệu và dữ liệu. Lớp này bao gồm các Switch, Router, Media GateWay, Media Server. Lớp này có thể kết nối tới nhiều loại mạng khác nhau:
- Mạng đi động 3G (UMTS, CDMA, WCDMA)
- Mạng di động 2.5G (GPRS)
- Mạng IP có dây (xDSL, Cable) và không dây (WLAN, WiMAX)
- PSTN, IDSL
Lớp thứ hai là lớp điều khiển. Bao gồm các phần tử của mạng báo hiệu (CSCF, HSS, MGCF...), có khả năng điều khiển phiên chung, điều khiển luồng dữ liệu và điều khiển luồng truy nhập thông qua các giao thức báo hiệu như SIP, Diameter, H248 (MEGACO). Lớp này là mạng lõi của IMS.
Lớp thứ ba là lớp dịch vụ. Lớp này bao gồm các Server ứng dụng AS như Server ứng dụng SIP, Server truy nhập dịch vụ dành cho nhà cung cấp thứ 3 và các điểm điều khiển dịch vụ. IMS điều khiển dịch vụ thông qua mạng thuê bao nhà và các thành phần mạng báo hiệu trong lớp dịch vụ và lớp điều khiển.
2. Giải pháp IMS của Alcatel
.jpg)
Các thành phần chính trong giải pháp trên của Alcatel bao gồm:
Server ứng dụng đa phương tiện (MMAS): MMAS có thể cung cấp các dịch vụ lớn và linh hoạt dựa trên giao thức SIP, giao diện APT, các công nghệ Java, J2EE. Nó cũng cung cấp các giao diện kết nối tới nhà cung cấp dịch vụ thứ 3 sử dụng các dịch vụ Web, SIP, OSA/Parlay và nó cũng có một giao diện điều khiển dịch vụ ISC.
Server cuộc gọi đa phương tiện (MMCS): Với chức năng điều khiển phiên qua giao thức SIP. MMCS nằm giữa IMS và các mạng truy nhập (GPRS, UMTS). MMCS có khả năng quản lý tài nguyên và QoS.
Server phương tiện và cầu hội nghị: Cung cấp dịch vụ thoại và hội nghị truyền hình.
Quản lý mạng và dịch vụ: Quản lý tất cả các phần tử mạng và một số chức năng khác như QoS.
Hội tụ tính cước: Tính cước, các dữ liệu xử lý phần cúng và và các hệ thống back-office.
Các đặc điểm chính của giải pháp
Hỗ trợ nhiều dịch vụ đa phương tiện: Các dịch vụ chất lượng cao như hội nghị truyền hình, PoC, VoIP
Hỗ trợ nâng cao các dịch vụ mới: Các công ty thứ ba có thể đưa ra các dịch vụ mới, các nhà cung cấp có thể đưa ra các dịch vụ dễ dàng dựa trên các công nghệ mới như SIP, Java 2 (J2EE), giao diện lập trình mở API. Điều này giúp triển khai các dịch vụ nhanh chóng hơn.
Nâng cao chất lượng dịch vụ điện thoại, hội tụ các dịch vụ: Nâng cao hiệu suất điều khiển và kiểm soát cơ sở hạ tầng mạng, từ đó nâng cao chất lượng dịch vụ điện thoại. Việc thương mại hóa sẽ tạo nên sự hội tụ các dịch vụ.
Nhiều dịch vụ nền: Giải pháp này đưa ra nhiều dịch vụ nền cơ bản, các nhà cung cấp có thể dựa trên các dịch vụ nền này để đưa ra các dịch vụ mới.
Theo chuẩn truy nhập của 3GPP: Thiết bị truy nhập có thể là điện thoại di động (2G, 2.5G, 3G), ngoài ra có mạng cố định (LAN, MAN,...), mạng không dây cố định (WLAN) hay mạng cố định băng rộng (xDSL, FTTx).
Nâng cao QoS và bảo mật: Hỗ trợ thêm QoS liên mạng với các mạng đa phương tiện IP ngoài. Đưa thêm các thành phần bảo mật cho IMS.
Khai thác lợi nhuận tối đa từ mạng di động: Khai thác tối đa lợi nhuận mà IMS mang lại cho các mạng di động bằng các phương thức hỗ trợ thanh toán cước giữa hệ thống IMS và các hệ thống mạng khác.
Hỗ trợ mở rộng các giao diện IMS (theo chuẩn 3GPP): Đặc biệt là các giao diện giữa nhà khai thác mạng di động và đối tác thứ 3, giao diện nhà quản trị mạng di động.
KS. Trần Mạnh Đạt
Bình luận
Lợi ích của IMS với người dùng và điểm yếu của IMS
Lợi ích của IMS đối với người sử dụng
Thuận tiện và dễ sử dụng
IMS cho phép người sử dụng có thể truy nhập dễ dàng và an toàn vào mạng đa phương tiện thông qua phương thức đăng nhập một lần dựa trên ISIM. Mặc dù ban đầu đây là phương thức được tiêu chuẩn hoá cho các dịch vụ chuyển mạch gói của UMTS, các phương thức nhận thực và cho phép dựa trên SIM khác có thể được sử dụng.
IMS được thiết kế cho phép kết hợp một cách linh hoạt, bổ sung hoặc loại bỏ các loại hình đa phương tiện khác nhau sau khi cuộc gọi được thiết lập.Việc kết hợp linh hoạt và dễ dàng này sẽ mở ra triển vọng cho các dịch vụ mới, và tạo điều kiện cho các dịch vụ này được người dùng dễ chấp nhận hơn.
Tính hiệu quả của người sử dụng
IMS đang sử dụng cơ chế “always-on”, một cơ chế đã được đưa vào bởi công nghệ GPRS, rút ngắn thời gian thiết lập cuộc gọi trong các dịch vụ như nhắn tin tức thời, nhấn để nói. Một cơ chế khác cũng làm giảm thời gian thiết lập phiên là cơ chế nén báo hiệu SIP. Ngoài ra cơ chế này còn giúp giảm thiểu tài nguyên vô tuyến cần thiết.
Do IMS hỗ trợ nhiều công nghệ truy nhập (UMTS chuyển mạch gói, GPRS, WLAN).Việc hỗ trợ vài công nghệ truy cập và mạng khác nhau (di động, cố định, DN) thông qua cơ sở mạng kiểm soát chung, IMS sẽ tạo điều kiện đưa ra các dịch vụ mới, tăng hiệu quả của người sử dụng đặc biệt trong lĩnh vực kinh doanh.
Điểm yếu hiện tại của IMS
Về mặt kỹ thuật, một trong những điểm yếu mà nhiều người nhắc đến nhiều nhất là tính bảo mật của IMS. Trong các yếu tố về bảo mật có thể kể đến các vấn đề liên quan đến quản lý nhận dạng người dùng bao gồm các lỗi như Call ID spoofing, ăn cắp ID, tấn công DoS/DDoS, spam. Điểm yếu bảo mật nằm ở thiết bị SIP vì nó chưa có một cơ chế chứng 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.
Về mặt ứng dụng, IMS hướng đến hội tụ, hướng đến việc nhiều hệ thống, nhiều mạng có thể tương vận với nhau. Tuy nhiên, 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.
Về mặt dịch vụ, IMS chỉ tập trung đến quản lý dịch vụ, do đó thiếu các ứng dụng “hấp dẫn” mang đặc thù riêng của IMS. 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 .
Về chất lượng dịch vụ, 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.
Tổng quan về IMS
Tổng quan về kiến trúc IMS
Kiến trúc IMS được phân thành 3 lớp : lớp ứng dụng, lớp điều khiển (hay còn gọi là lớp IMS hay IMS lõi) và lớp vận tải (hay lớp người dùng).
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. 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.
Lớp dịch vụ :
Máy chủ ứng dụng AS (Application Server) là nơi chứa đựng và vận hành các dịch vụ IMS. AS tương tác với S-CSCF thông qua giao thức SIP để cung cấp dịch vụ đến người dùng. Máy chủ VCC (Voice Call Continuity), đang được phát triển và chuẩn hóa bởi 3GPP, là một ví dụ về máy chủ ứng dụng AS. AS có thể thuộc mạng thường trú hay thuộc một mạng thứ ba nào đó. Nếu AS là một phần của mạng thường trú, nó có thể giao tiếp trực tiếp với HSS thông qua giao thức DIAMETER để cập nhật thông tin về hồ sơ người dùng (user profiles). AS có thể cung cấp các dịch vụ như quản lý sự hiện diện (presence) của người dùng trên mạng, quản lý quá trình hội thảo trực tuyến, tính cước trực tuyến…
Máy chủ quản lý thuê bao thường trú HSS (Home Subscriber Server) có thể xem như là một cải tiến của bộ đăng ký định vị thường trú HLR (Home Location Register). HSS là một cơ sở dữ liệu lưu trữ thông tin của tất cả khách hàng thuê bao. Nó chứa đựng các thông tin như nhận dạng người dùng, tên của S-CSCF gán cho người dùng, hồ sơ roaming, thông số xác nhận thực cũng như thông tin về dịch vụ thuê bao. Trong trường hợp có nhiều HSS trong cùng một mạng, chức năng định vị người dùng SLF (Subscriber location Function) sẽ được thiết lập nhằm xác định HSS nào đang chứa hồ sơ của người dùng tương ứng.
Tổng quan về kiến trúc IMS ( tiếp)
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:
CSCF (Call Session Control Function) 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. CSCF được phân ra 3 loại : Serving-CSCF, Proxy-CSCF và Interogating-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. Đây là điểm kết nối đầu tiên giữa hạ tầng IMS và người dùng IMS/SIP. Một vài hệ thống mạng có thể dùng SBC (Session Border Controller) để thực hiện chức năng này. Để kết nối với hệ thống IMS, người dùng trước tiên phải đăng ký với P-CSCF trong mạng mà nó đang kết nối. Địa chỉ của P-CSCF được truy cập thông qua giao thức DHCP hoặc sẽ được cung cấp khi người dùng tiến hành thiết lập kết nối PDP (Packet Data Protocol) trong mạng thông tin di động gói tế bào. 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.
- 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 có thể nén và giải nén các thông điệp SIP để 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.
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.
- 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.
Tổng quan về kiến trúc IMS ( tiếp)
Lớp vận tải:
Ở đây, chúng ta tạm xem NASS và RACS là 2 thành phần thuộc lớp vận tải. Vài trò của 2 thành phần này được miêu tả dưới đây:
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)
- Xác 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.
RACS (Resource & Admission Control Functionality) 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.