Luận Văn Nghiên cứu và mô phỏng hệ thống IMS trên nền mạng NGN

LỜI MỞ ĐẦU
xã hội càng phát triển, nhu cầu về thông tin liên lạc càng cao và nhu cầu ấy đã trở thành một phần của cuộc sống con người. Hiện tại và trong thời gian tới, nhu cầu phát triển các loại hình dịch vụ gia tăng như: thoại, dữ liệu, hình ảnh với chất lượng cao ngày một tăng. Để đáp ứng yêu cầu trên, các nhà cung cấp dịch vụ không chỉ quan tâm đến phát triển dịch vụ mà còn phải xây dựng, củng cố và tối ưu hóa hạ tầng lẫn dịch vụ. Song song đó, nhà khai thác phải nghiên cứu tìm ra một công nghệ thế hệ mới có kiến trúc linh hoạt, tương thích hoàn toàn với mạng hiện tại, đáp ứng đa công nghệ, đa giao thức, đa truy cập, đa phương tiện truyền thông và đa dịch vụ Trước yêu cầu đó, NGN ra đời được xem là một giải pháp thỏa mãn tất cả các điều kiện kể trên cho một mạng tương lai.
Từ nghiên cứu mạng thế hệ mới NGN, ý tưởng về một kiến trúc điều khiển dịch vụ dựa trên chuẩn IP được hình thành. kiến trúc này phải giúp nhà khai thác mạng dễ dàng hơn trong triển khai và quản lý, đồng thời cho phép người dùng có thể sử dụng một hay nhiều loại thiết bị khác nhau, di chuyển giữa vùng phục vụ của các mạng mà vẫn có thể sử dụng cùng một dịch vụ với yêu cầu QoS được đảm bảo. kiến trúc đó được gọi là phân hệ đa phương tiện IP, viết tắt là IMS (IP Multimedia Subsystem). Phân hệ IMS tạo điều kiện cho việc triển khai nhanh chống các dịch vụ chất lượng cao, mang tính cá nhân, có khả năng tương tác thời gian thực mọi lúc, mọi nơi trên một kết nối. Do đó, chắc chắn trong tương lai không xa, triển khai hệ thống mạng IMS là một xu hướng tất yếu của các nhà khai thác dịch vụ mạng và viễn thông.
IMS hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ khác nhau như thoại, dữ liệu, hình ảnh và khả năng tích hợp cả ba loại hình dịch vụ nói trên. Sự tích hợp ấy chính là Tripple Play mà IPTV là một dịch vụ điển hình. Đặc biệt, trên nền tảng IMS, yếu tố di động và truy nhập không dây trở nên khả thi càng tạo điều kiện cho IPTV phát triển.
Nội dung bài báo cáo gồm hai phần chính:
Phần đầu, đề tài giới thiệu vị trí và kiến trúc IMS trong mô hình mạng NGN theo chuẩn hóa của tổ chức 3GPP. Nội dung phần này tập trung vào vai trò chức năng các phần tử trong IMS. Thêm vào đó, đề tài cũng trình bày các giao thức và thủ tục sử dụng dịch vụ giúp người đọc hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của phân hệ này. Ngoài ra, luận văn cũng đưa ra giải pháp từng bước tiến lên xây dựng mạng IMS trên hạ tầng mạng hiện có.
Phần sau, bài báo cáo xây dựng hoàn chỉnh một mô hình mô phỏng mạng NGN với đầy đủ chức năng. Người dùng có thể đăng ký, sử dụng dịch vụ thoại, dữ liệu, xem IPTV, Hơn nữa, phần demo có sự kết hợp với đề tài “QoS over Tripple Play” để đảm bảo QoS xuyên suốt cho các dịch vụ được triển khai từ lớp truy cập đến lớp ứng dụng. Đặc biệt, mô hình này thực hiện hoàn toàn trên phần mềm mã nguồn mở, thực hiện trên các máy tính, rất thích hợp cho việc nghiên cứu, phát triển tại các phòng nghiên cứu của trường học, trung tâm nghiên cứu và phát triển của công ty.
Để thực hiện nội dung đó, đề tài được phân chia thành các chương như sau:
Chương 1: Tổng quan về IMS trên nền NGN. Nội dung chương này giới thiệu những khái niệm cơ bản về IMS cũng như vai trò của IMS trong mạng NGN.
Chương 2: kiến trúc phân hệ IMS. Đây là chương quan trọng nhất, trình bày các thực thể và chức năng của IMS theo mô hình phân lớp mạng NGN.
Chương 3: Một số thủ tục trong mạng IMS. Chương này giúp người đọc hình dung rõ từng bước hoạt động của phân hệ IMS trong việc thiết lập và điều khiển các phiên dịch vụ.
Chương 4: Các giao thức chính sử dụng trong phân hệ IMS. Chương này trình bày khái quát các giao thức sử dụng phỗ biến trong mạng NGN như: SIP, Diameter, COPS, MEGACO/H.248.
Chương 5: Các bước tiến lên xây dựng IMS. Qua chương này, người đọc có thể hiểu được cách thức xây dựng một hệ thống IMS trên cơ sở hạ tầng mạng hiện có.
Chương 6: Demo trình bày mô phỏng IMS bằng Open Source IMS Core và dịch vụ IPTV trên hệ điều hành Linux.
Chương 7: Kết luận và hướng phát triển
IMS là một đề tài khá mới tại Việt Nam, tài liệu tiếng Việt gần như không có. Với khả năng của sinh viên và thời gian tìm hiểu không nhiều, đề tài IMS over NGN không tránh khỏi thiếu sót. Rất mong được sự góp ý của các thầy cô và các bạn đọc về đề tài này.

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC BẢNG
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IMS TRÊN NỀN NGN
1.1. SỰ RA ĐỜI CỦA IMS
1.2. LỢI ÍCH CỦA VIỆC SỬ DỤNG IMS
1.3. MÔ HÌNH PHÂN LỚP CỦA MẠNG NGN
CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC PHÂN HỆ IMS
2.1. LỚP ỨNG DỤNG
2.1.1. Máy chủ ứng dụng
2.1.2. Cơ sở dữ liệu
2.1.2.1. HSS
2.1.2.2. SLF
2.2. LỚP ĐIỀU KHIỂN
2.2.1. Chức năng điều khiển cuộc gọi CSCF
2.2.1.1. P-CSCF
2.2.1.2. I-CSCF
2.2.1.3. S-CSCF
2.2.2. Chức năng đa phương tiện MRF
2.2.3. Điểm tham chiếu (giao diện)
2.2.3.1. Điểm tham chiếu Gm
2.2.3.2. Điểm tham chiếu Go
2.2.3.3. Điểm tham chiếu Mw
2.2.3.4. Điểm tham chiếu Mp
2.2.3.5. Điểm tham chiếu Mn
2.2.3.6. Điểm tham chiếu Dx
2.2.3.7. Điểm tham chiếu Cx
2.2.3.8. Điểm tham chiếu ISC
2.3. LỚP TRUYỀN TẢI
2.3.1. UE
2.3.1.1. Khóa nhận dạng người dùng riêng
2.3.1.2. Khóa nhận dạng người dùng chung
2.3.2. Giao tiếp với mạng PSTN
2.3.2.1. BGCF
2.3.2.2. MGCF
2.3.2.3. IMS-MGW
2.3.3. Giao tiếp với mạng GSM/GPRS
2.3.3.1. SGSN
2.3.3.2. GGSN
2.3.4. Giao tiếp với mạng IP
2.3.4.1. NASS
2.3.4.2. RACS
CHƯƠNG 3: MỘT SỐ THỦ TỤC TRONG MẠNG IMS
3.1. THỦ TỤC LIÊN QUAN ĐẾN QUÁ TRÌNH ĐĂNG KÝ
3.1.1. Thủ tục đăng ký
3.1.2. Thủ tục đăng ký lại
3.1.3. Thủ tục xóa đăng ký
3.1.3.1. Thủ tục xóa đăng ký khởi tạo bởi UE
3.1.3.2. Thủ tục xóa đăng ký khởi tạo bởi nhà khai thác mạng
3.2. THỦ TỤC THIẾT LẬP PHIÊN
3.2.1. Thủ tục thiết lập phiên giữa thuê bao thuộc hai mạng IMS
3.2.2. Thủ tục thiết lập phiên giữa thuê bao thuộc mạng IMS và mạng PSTN
CHƯƠNG 4: CÁC GIAO THỨC CHÍNH SỬ DỤNG TRONG PHÂN HỆ IMS
4.1. GIAO THỨC SIP
4.1.1. Tổng quan về giao thức SIP
4.1.2. Cấu trúc SIP
4.1.2.1. Server
4.1.2.2. Client
4.1.3. Bản tin SIP
4.2. GIAO THỨC DIAMETER
4.2.1 Tổng quan về giao thức Diameter
4.2.2 Cấu trúc giao thức Diameter
4.2.2.1 Diameter Replay Agent
4.2.2.2 Diameter Proxy Agent
4.2.2.3 Diameter Redirect Agent
4.2.2.4 Diameter Translation Agent
4.2.3 Bản tin
4.2.4 Khả năng kiểm soát lỗi của giao thức Diameter
4.3 GIAO THỨC COPS
4.3.1 Tổng quan về giao thức COPS
4.3.2 Bản tin COPS
4.3.2.1 COPS Header
4.3.2.2 Object format
4.4 GIAO THỨC MEGACO/H.248
4.4.1 Tổng quan về giao thức MEGACO/H.248
4.4.2 Cấu trúc Gateway trong MEGACO/H.248
4.4.3 Termination và Context
4.4.3.1 Termination
4.4.3.2 Context
4.4.4 Hoạt động của MEGACO/H.248
CHƯƠNG 5: CÁC BƯỚC TIẾN LÊN XÂY DỰNG IMS
5.1. ĐỐI VỚI MẠNG CỐ ĐỊNH
5.2. ĐỐI VỚI MẠNG DI ĐỘNG
CHƯƠNG 6: DEMO
6.1. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG NGN
6.2. LỚP ỨNG DỤNG: MÔ PHỎNG IPTV – VOD
6.2.1. Giới thiệu
6.2.2. Cách cấu hình IPTV trên IMS
6.3. LỚP ĐIỀU KHIỂN: OPENIMSCORE
6.3.1. Giới thiệu
6.3.2. Cách xây dựng IMS core
6.4. LỚP TRUYỀN TẢI: MPLS
6.4.1. Giới thiệu
6.4.2. Một số lệnh kiểm tra cấu hình MPLS trên Router Cisco 7200
6.5. LỚP TRUY NHẬP: CLIENT
6.5.1. Giới thiệu
6.5.2. Cài đặt UCT client
6.5.3. Kết quả mô phỏng
6.5.3.1. UE đăng ký
6.5.3.2. UE thực hiện cuộc gọi
6.5.3.3. UE sử dụng dịch vụ IPTV
6.6. NHẬN XÉT
CHƯƠNG 7: TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
TÀI LIỆU THAM KHẢO