ims, viết tắt của ip multimedia subsystem, là một kiến trúc mạng nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển và cung cấp các dịch vụ đa phương tiện cho người dùng, bất kể họ kết nối qua mạng truy cập nào. ims hỗ trợ nhiều phương thức truy cập như gsm, umts, cdma2000, truy cập cáp băng thông rộng như cáp xdsl, cáp quang, truyền hình cáp cũng như truy cập băng thông rộng không dây wlan và wimax. ims tạo điều kiện cho khả năng tương tác của các hệ thống mạng khác nhau. ims hứa hẹn sẽ mang lại nhiều lợi ích cho cả người dùng và nhà cung cấp dịch vụ. đã và đang được điều tra cũng như thu hút sự quan tâm đông đảo của giới trong ngành. tuy nhiên, ims cũng gặp một số khó khăn và chưa đủ chín chắn để thuyết phục các nhà mạng đầu tư vào nó. Kiến trúc ims được cho là khá phức tạp với nhiều thực thể và chức năng khác nhau. Bài viết này giúp người đọc có cái nhìn tổng quan từ khía cạnh công nghệ của giải pháp ims. nó cũng chỉ ra những lợi ích và khó khăn mà ims gặp phải. ims ims là gì?
i. về quy trình chuẩn hóa ims
ims được định nghĩa và phát triển bởi diễn đàn ngành 3g.ip, được thành lập vào năm 1999. Kiến trúc ban đầu của ims được tạo ra bởi 3g.ip và sau đó được chuẩn hóa bởi 3gpp (dự án liên kết đối tác thế hệ thứ ba) trong Phiên bản 5 được công bố vào tháng 3 năm 2003 Trong phiên bản đầu tiên này, mục tiêu của ims là tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển và triển khai các dịch vụ mới trong mạng thông tin di động. Tiếp theo, tổ chức tiêu chuẩn 3gpp2 đã tạo ra hệ thống miền đa phương tiện cdma2000 (mmd) để hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện trên mạng cdma2000 dựa trên 3gpp ims. trong 3gpp ims phiên bản 6, cùng với xu hướng tích hợp giữa mạng di động và mạng wlan, mạng truy nhập wlan đã được đưa vào làm mạng truy nhập bên cạnh mạng truy nhập di động.
IMS khởi đầu như một chuẩn cho mạng vô tuyến. Tuy nhiên, cộng đồng mạng hữu tuyến, trong quá trình tìm kiếm một chuẩn thống nhất, sớm nhận thấy thế mạnh của IMS cho truyền thông hữu tuyến. Khi đó ETSI (the European Telecommunication Standards Institute) đã mở rộng chuẩn IMS thành một phần của kiến trúc mạng thế hệ tiếp theo NGN (Next Generation Network) mà họ đang xây dựng. Tổ chức chuẩn hóa TISPAN (Telecoms & Internet converged Services and Protocols for Advanced Networking) trực thuộc ETSI, với mục đích hội tụ mạng thông tin di động và Internet, đã chuẩn hóa IMS như một hệ thống con của NGN. Kết hợp với TISPAN, trong Release 7 của IMS, việc cung cấp dịch vụ IMS qua mạng cố định đã được bổ sung. Năm 2005, phiên bản Release 1 của TISPAN về NGN được coi như một sự khởi đầu cho hội tụ cố định-di động trong IMS. Gần đây, 3GPP và TISPAN đã có được một thỏa thuận để cho ra phiên bản Release 8 của IMS với một kiến trúc IMS chung, có thể hỗ trợ các kết nối cố định và các dịch vụ như IPTV.
Đa phần các giao thức sử dụng trong IMS được chuẩn hóa bởi IETF (Internet Engineering Task Force), điển hình nhất là giao thức tạo phiên SIP (Session Initiation Protocol). Rất nhiều các phát triển và cải tiến của SIP để hỗ trợ các chức năng theo yêu cầu của hệ thống IMS đã được đề nghị và chuẩn hóa bởi IETF như SIP hỗ trợ tính cước, bảo mật v.v. Bên cạnh IETF và TISPAN, một tổ chức chuẩn hóa khác mà 3GPP hợp tác chặt chẽ trong việc phát triển IMS là Liên minh di động mở OMA (Open Mobile Alliance) nhằm phát triển các dịch vụ trên nền IMS. Một trong những dịch vụ do OMA phát triển là Push-to-Talk over Cellular (PoC) hay OMA SIMPLE Instant Messaging.
ii. lợi ích của ims
ims, tạm dịch là hệ thống con đa phương tiện ip, không chỉ đơn giản là một nền tảng dịch vụ, mà còn là một kiến trúc mạng được sử dụng để thao tác, quản lý và điều khiển các dịch vụ đa phương tiện phù hợp với người dùng cố định và di động. ims định nghĩa một lớp quản lý dịch vụ chung cho tất cả các loại dịch vụ đa phương tiện, bất kể loại mạng truy cập mà người dùng được kết nối. ims dựa trên mạng lõi ip và cho phép nhiều mạng truy cập khác, bao gồm cả mạng di động và mạng cố định, kết nối với nhau thông qua một lớp dịch vụ chung để cung cấp các gói dịch vụ hội tụ.
Ngày nay, Internet đã trở thành một phần của cuộc sống của hơn 15% người dân trên thế giới. Internet cung cấp một phương thức để mọi người giao tiếp, trao đổi, tương tác và làm việc cùng nhau. Mặc dù các mạng truyền dữ liệu phi thời gian thực chủ yếu được sử dụng trong thế hệ Internet đầu tiên, nhưng ngày nay ngày càng có nhiều dịch vụ thời gian thực (hoặc gần thời gian thực) với chất lượng dịch vụ QOS cao đang được phát triển. sự chuyển đổi sang sự hội tụ của nhiều mạng khác nhau trên nền tảng toàn IP sẽ sớm trở thành hiện thực. Trong bối cảnh này, người dùng trong tương lai muốn các dịch vụ đa phương tiện được cá nhân hóa và chất lượng cao có thể tương tác trong thời gian thực mọi lúc, mọi nơi và trên mọi thiết bị được sử dụng. điều này đặt ra những yêu cầu mới đối với kiến trúc của cơ sở hạ tầng mạng viễn thông. Trong bối cảnh đó, ims được xem như một giải pháp đầy hứa hẹn để đáp ứng tất cả các mục tiêu trên cho một thế hệ mạng trong tương lai.
một trong những mục đích chính của ims là tạo điều kiện thuận lợi cho việc quản lý mạng bằng cách tách các chức năng kiểm soát và vận chuyển thông tin. Cụ thể, IMS là mạng lớp phủ cung cấp các dịch vụ thông qua cơ sở hạ tầng chuyển mạch gói. ims cho phép chuyển đổi dần dần từ mạng dựa trên ip chuyển mạch kênh sang mạng chuyển mạch gói, tạo điều kiện thuận lợi cho việc quản lý các mạng thông tin di động. sự kết nối giữa mạng cố định và di động đã góp phần tạo nên sự hội tụ của các mạng viễn thông trong tương lai. ims cho phép người dùng sử dụng một hoặc nhiều loại thiết bị khác nhau, di chuyển từ mạng này sang mạng khác và vẫn sử dụng cùng một dịch vụ.
Kiến trúc ims cung cấp nhiều giá trị gia tăng cho các nhà cung cấp mạng, nhà phát triển ứng dụng, nhà cung cấp dịch vụ và người dùng cuối. kiến trúc của im giúp các dịch vụ mới được thực hiện nhanh chóng và với chi phí thấp. ims cung cấp khả năng thanh toán phức tạp hơn nhiều so với hệ thống tài khoản trả trước hoặc trả sau, chẳng hạn như tính phí cho mỗi dịch vụ được sử dụng hoặc chia phí giữa nhà cung cấp dịch vụ và nhà cung cấp dịch vụ mạng. khách hàng sẽ chỉ nhận được một bản sao kê tài khoản duy nhất từ một nhà cung cấp mạng thường trú. ims hứa hẹn cung cấp nhiều dịch vụ đa phương tiện, giàu bản sắc theo yêu cầu và sở thích của từng khách hàng, từ đó nâng cao trải nghiệm của khách hàng.
Với im, nhà cung cấp mạng không chỉ thực hiện việc vận chuyển thông tin một cách dễ dàng mà còn trở thành đầu mối phân phối dung lượng thông tin trong mạng, đóng vai trò quan trọng để đảm bảo chất lượng mạng. như một sự thay đổi kịp thời để đáp ứng các tình huống khác nhau của khách hàng.
Tóm lại, nhắn tin nhanh giúp các nhà cung cấp dịch vụ tạo và triển khai các ứng dụng mới, giúp các nhà cung cấp mạng giảm chi phí triển khai, vận hành và quản lý cũng như tăng lợi nhuận. và cuối cùng ims mang đến những dịch vụ mới để tạo sự thuận tiện cho khách hàng.
iii. điểm yếu của ims
ims thiếu một trường hợp kinh doanh hấp dẫn để các nhà cung cấp mạng áp dụng ims. liên minh của ims hướng tới một mô hình mạng hội tụ. tuy nhiên, điều này không dễ dàng thuyết phục một nhà cung cấp mạng thực hiện ims. Với ims, khách hàng đăng ký với nhà mạng có thể sử dụng dịch vụ của nhiều nhà cung cấp dịch vụ khác nhau. do đó sẽ tạo ra sự cạnh tranh giữa nhà cung cấp mạng và nhà cung cấp dịch vụ nội dung của thế giới internet (microsoft, google …). Thay vì tăng lợi nhuận thông qua các dịch vụ giá trị gia tăng, nhà cung cấp mạng có thể bị thất bại trong việc cạnh tranh với các nhà cung cấp dịch vụ. do đó, nhiều nhà mạng vẫn rất thận trọng khi quyết định triển khai ims. đây là vấn đề chiến lược, không phải vấn đề công nghệ.
Về mặt kỹ thuật, một trong những điểm yếu mà nhiều người nói đến là tính bảo mật của ims. Các yếu tố bảo mật bao gồm các vấn đề liên quan đến quản lý danh tính người dùng, bao gồm các lỗi như giả mạo người gọi, đánh cắp danh tính, tấn công dos / ddos và spam. điểm yếu bảo mật nằm ở thiết bị nhâm nhi vì nó không có cơ chế xác thực tốt như trong mạng di động (ví dụ bảo mật qua sim). Ngoài ra, sự hội tụ giữa nhiều loại mạng cũng gây ra nhiều khó khăn trong công tác quản lý bảo mật. 3gpp phiên bản 8 hiện đang xem xét vấn đề bảo mật này một cách nghiêm túc.
ims hướng tới sự hội tụ, hướng tới nhiều hệ thống, nhiều mạng có thể tương tác với nhau. tuy nhiên, đây cũng là một khó khăn mà ims gặp phải. không dễ để các thiết bị từ nhiều nhà sản xuất khác nhau có thể tương tác với nhau. hơn nữa, nhiều giao thức vẫn chưa được chấp nhận và triển khai rộng rãi, như trường hợp của đường kính giao thức.
IMS chỉ tập trung đến quản lý dịch vụ, do đó thiếu các ứng dụng “hấp dẫn” mang đặc thù riêng của IMS. Đa phần các dịch vụ mà IMS hiện đang hỗ trợ điều có thể thực hiện được không cần đến IMS (ví dụ sử dụng SIP). 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. Và một câu hỏi đặt ra là liệu các nhà cung cấp mạng có thể sử dụng lại những dịch vụ đã tồn tại mà không cần phải thay đổi quá nhiều. IMS hướng đến dịch vụ đa phương tiện, tuy nhiên tính đến thời điểm này các dịch vụ như P2P, IPTV, VPN còn chưa được tích hợp và chuẩn hóa trên nền IMS.
mặc dù ims nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ, đảm bảo chất lượng dịch vụ khi thay đổi từ loại mạng này sang loại mạng khác (trong môi trường mạng hội tụ) hoặc từ mạng gia đình, việc cung cấp mạng cho mạng từ nhà cung cấp mạng khác vẫn là một vấn đề chưa được giải quyết. Kiến trúc ims thiếu một thực thể trung tâm để quản lý các tài nguyên chung. Vấn đề quản lý di động, chuyển giao giữa nhiều loại mạng khác nhau cũng đặt ra những khó khăn nhất định cho việc cung cấp dịch vụ quản lý ims.
Ngoài các tính năng trên, để hoạt động tốt, ims cần có các tính năng giám sát, quản lý và sửa lỗi hệ thống. trong môi trường mạng hội tụ, nếu cuộc gọi bị ngắt, vẫn không có cơ chế để tìm ra lỗi (gỡ lỗi).
iv. kết luận:
ims là một giải pháp đầy hứa hẹn để quản lý dịch vụ trong các mạng thế hệ tiếp theo. ims là một động thái chiến lược lâu dài của nhiều công ty và tập đoàn viễn thông. Trong thời gian sắp tới, sẽ có nhiều thay đổi xung quanh giải pháp ims để cải thiện những điểm yếu của nó. tất cả các giải pháp ims hiện tại chỉ là giải pháp sớm (early ims). giải pháp ims đầy đủ (full ims) vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và chuẩn hóa.
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 như (máy chủ ứng dụng) và máy chủ thuê bao thường trú hss (máy chủ thuê bao gia đình).
- lớp điều khiển bao gồm một hệ thống con đa hệ thống chứa hệ thống ims trung tâm.
- lớp truyền tải bao gồm thiết bị người dùng, các mạng truy cập được kết nối với mạng lõi ip. hai thực thể chức năng nass và racs được xác định bởi tispan có thể được xem là thuộc lớp truyền tải hoặc lớp điều khiển phía trên.
Hiện tại, kiến trúc ims cuối cùng vẫn chưa được thống nhất. tuy nhiên, nó vẫn sẽ dựa trên các thành phần cơ bản như trong hình 2. cần lưu ý rằng kiến trúc ims là kiến trúc chức năng, tức là các thực thể được định nghĩa theo chức năng của chúng. điều này có nghĩa là chúng có thể được thiết kế trên cùng một thiết bị phần cứng.
1. hạng dịch vụ:
máy chủ ứng dụng as (máy chủ ứng dụng) là nơi lưu trữ và vận hành các dịch vụ ims. khi tương tác với s-cscf thông qua giao thức nhâm nhi để cung cấp dịch vụ cho người dùng. máy chủ vcc (liên tục cuộc gọi thoại), được phát triển và tiêu chuẩn hóa bởi 3gpp, là một ví dụ về một con át chủ bài. vì nó có thể thuộc về mạng gia đình hoặc mạng của bên thứ ba nào đó. nếu ace là một phần của mạng gia đình, nó có thể giao tiếp trực tiếp với hss thông qua giao thức đường kính để cập nhật hồ sơ người dùng. cách nó có thể cung cấp các dịch vụ như quản lý sự hiện diện của người dùng trên mạng, quản lý quy trình hội thảo trên web, thanh toán trực tuyến, v.v.
máy chủ thuê bao gia đình hss (máy chủ thuê bao gia đình) có thể được xem như một cải tiến của bản ghi vị trí nhà riêng (bản ghi vị trí nhà riêng). hss là một cơ sở dữ liệu lưu trữ thông tin về tất cả các máy khách thuê bao. chứa thông tin như danh tính của người dùng, tên của s-cscf được chỉ định cho người dùng, hồ sơ chuyển vùng, các thông số xác thực thực tế, cũng như thông tin về dịch vụ thuê bao. trong trường hợp có nhiều hss trên cùng một mạng, chức năng vị trí người dùng của slf (chức năng định vị người đăng ký) sẽ được định cấu hình để xác định hss nào chứa hồ sơ của người dùng tương ứng.
2. lớp chính của ims:
Chức năng của lõi ims là quản lý việc tạo các phiên giao tiếp và các dịch vụ đa phương tiện. các chức năng của nó bao gồm:
cscf (chức năng điều khiển phiên cuộc gọi) chịu trách nhiệm thiết lập, giám sát, hỗ trợ và phát hành các phiên đa phương tiện, cũng như quản lý các tương tác dịch vụ người dùng. cscf được chia thành 3 loại: serve-cscf, proxy-cscf và interrogate-cscf.
- proxy-cscf (p-cscf) là một proxy nhâm nhi. lý do nó được gọi là proxy là vì nó có thể nhận các yêu cầu dịch vụ, xử lý chúng trong nội bộ hoặc chuyển tiếp các yêu cầu đến các phần khác của hệ thống ims. đây là điểm kết nối đầu tiên giữa cơ sở hạ tầng ims và người dùng ims / nhâm nhi. một số mạng có thể sử dụng sbc (bộ điều khiển biên phiên) để thực hiện chức năng này. Để kết nối với hệ thống ims, trước tiên người dùng phải đăng ký với p-cscf trên mạng mà họ đang kết nối. Địa chỉ p-cscf được truy cập qua giao thức dhcp hoặc sẽ được cung cấp khi người dùng thiết lập kết nối giao thức dữ liệu gói (pdp) trên mạng gói di động. Chức năng p-cscf bao gồm:
- p-cscf nằm trong đường dẫn của tất cả các bản tin báo hiệu trong hệ thống ims. có khả năng kiểm tra bất kỳ tin nhắn nào. p-cscf chịu trách nhiệm đảm bảo việc truyền các yêu cầu từ ue tới máy chủ nhâm nhi (ở đây là s-cscf), cũng như các thông báo phản hồi từ máy chủ nhâm nhi tới ue.
- p-cscf xác thực người dùng và thiết lập kết nối ipsec an toàn với thiết bị ims của người dùng. nó cũng có chức năng ngăn chặn các cuộc tấn công như giả mạo, phát lại để đảm bảo an toàn cho người dùng.
- p-cscf cũng có thể nén và giải nén các thông điệp nhâm nhi để giảm thiểu khối lượng thông tin tín hiệu truyền trên các liên kết tốc độ thấp .
- p-cscf có thể tích hợp chức năng quyết định chính sách pdf để quản lý và đảm bảo chất lượng dịch vụ của các dịch vụ đa phương tiện.
- p-cscf cũng tham gia vào quá trình thanh toán.
- serve-cscf (s-cscf) là một nút trung tâm của hệ thống báo hiệu ims. s-cscf hoạt động giống như một máy chủ nhâm nhi nhưng bao gồm chức năng quản lý phiên dịch vụ. Các chức năng chính của s-cscf bao gồm:
- thực hiện đăng ký nhâm nhi để thiết lập mối quan hệ giữa địa chỉ người dùng (địa chỉ ip của thiết bị) và địa chỉ nhâm nhi. s-cscf hoạt động như một máy chủ đăng ký trong hệ thống nhâm nhi.
- s-cscf tham gia vào tất cả các tín hiệu từ hệ thống ims đến người dùng. bạn có thể kiểm tra bất kỳ thông báo nào bạn muốn.
- s-cscf đóng vai trò quyết định thông báo nào sẽ phân phát cho người dùng. thực hiện vai trò định tuyến dịch vụ bằng cách sử dụng giải pháp dns / enum (đánh số điện tử).
- s-cscf triển khai các chính sách của nhà cung cấp dịch vụ. s-cscf tương tác với máy chủ dưới dạng để yêu cầu hỗ trợ dịch vụ cho máy khách. s-cscf liên lạc với hss để lấy thông tin, cập nhật thông tin hồ sơ người dùng và tham gia vào quá trình thanh toán cho dịch vụ.
- định tuyến các bản tin yêu cầu nhận được từ mạng khác đến s-cscf tương ứng. để thực hiện việc này, i-cscf sẽ giao tiếp với hss (thông qua đường kính) để cập nhật địa chỉ s-cscf tương ứng của người dùng. nếu không có s-cscf nào được chỉ định cho ue, i-cscf sẽ tiến hành gán s-cscf cho người dùng để nó có thể xử lý yêu cầu nhâm nhi.
- nếu không, i-cscf sẽ xác định đường dẫn của tin nhắn yêu cầu nhâm nhi hoặc tin nhắn phản hồi nhâm nhi đến s-cscf / i-cscf nằm trong mạng của nhà cung cấp dịch vụ khác.
3. lớp vận chuyển:
Ở đây, chúng tôi tạm thời coi nass và racs là hai thành phần của lớp truyền tải. chức năng của hai thành phần này được mô tả bên dưới:
- nass (Hệ thống con kết nối mạng): Chức năng chính của nass bao gồm:
- cung cấp linh hoạt địa chỉ ip cũng như các tham số cấu hình khác cho ue (sử dụng dhcp))
- xác thực người dùng trước và trong khi phân bổ địa chỉ ip
- cho phép truy cập mạng dựa trên cấu hình mạng
- quản lý bộ định vị người dùng
- hỗ trợ tính di động và chuyển vùng của người dùng.
