IMS: Подсистема передачи мультимедийных сообщений

1.

2. 8.1 Причины перехода к новой сетевой концепции

Увеличение трафика
Интернет в сотовых
сетях, переход от сетей
2,5G к 3G и 4G
Персонификация услуг в
NGN (идентификация и
аутентификация)
IMS
Отсутствие роуминга в
сетях NGN на базе
гибкого коммутатора
Концепция услуг 4Play
(Triple Play+Мобильность)
Главная причина перехода к новой концепции мультисервисных сетей –
сети NGN на базе технологии гибких коммутаторов (sotswitch) в явном
виде не могут быть использованы для предоставления услуг сотовых
сетях, т.к. не реализуют многие необходимые функции мобильных сетей и
прежде всего роуминг и персонификацию пользователей.
2

3. 8.2 Назначение подсистемы IMS

IMS (англ. IP Multimedia Subsystem) — подсистема передачи
мультимедийных сообщений на основе протокола IP.
Концепция IMS описывает новую сетевую архитектуру, основным элементом
которой является пакетная транспортная IP-сеть, поддерживающая все
технологии доступа и обеспечивающая реализацию большого числа
инфокоммуникационных услуг, в том числе мобильной связи, различных
поставщиков услуг.
Разработана международным партнерством 3GPP (Third Generation Partnership
Project), объединившим ETSI и другие национальные организации
стандартизации.
По существу концепция IMS возникла в результате эволюции сетей UMTS (3G),
когда область управления мультимедийными вызовами и сеансами на базе
протокола SIP добавили к архитектуре сетей 3G. В дальнейшем концепция была
принята Комитетом ETSI-TISPAN для поддержки и реализации широкого спектра
услуг в стационарных сетях с использованием стека протоколов IP.
В настоящее время архитектура IMS используется в сетях 4G и 5G/6G и является
основой конвергенции мобильных и стационарных сетей на платформе IP.
3

4. 8.3 Базовые принципы подсистемы IMS

1. Многоуровневость – разделена на уровни транспорта, управления и
приложений.
2. Независимость от среды доступа – позволяет операторам конвергировать
фиксированные и мобильные сети.
3. Поддержка мультимедийного персонального обмена информацией в
реальном времени (например голос, видео-телефония) и аналогичного
обмена информацией между людьми и компьютерами (например игры).
4. Полная интеграция мультимедийных приложений реального и нереального
времени (например потоковые приложения и чаты).
5. Возможность взаимодействия различных видов услуг.
6. Возможность поддержки нескольких служб в одном сеансе или организации
нескольких одновременных синхронизированных сеансов.
Основной принцип IMS
- разделение уровней
IP-транспорта и
управления в сети на
базе протокола SIP.
4

5. 8.4 Уровневая архитектура IMS

Многоуровневый подход, используемый при построении IMS, позволяет
реализовать независимый от технологии доступа (фиксированный или
мобильный) открытый механизм доставки услуг, который дает возможность
задействовать в сети приложения сторонних поставщиков услуг.
В составе архитектуры IMS
выделяются три уровня:
1) транспортный уровень,
2) уровень управления;
3) уровень услуг.
Серверы приложений
Уровень услуг
ОКС№7
Услуги
Уровень управления
Основное отличие
архитектуры IMS от
архитектуры NGN на
базе softswitch –
различная
реализация уровня
управления.
ТфОП
Шлюз
Управление сессиями
Сети доступа
(фиксированные и
мобильные)
Транспортный уровень
5

6. 8.5 Функциональные блоки архитектуры IMS

Приложения
Уровень
услуг
Уровень
управления
Транспортный
уровень
Сети
доступа
Уровень управления архитектуры IMS включает большой набор
функциональных блоков (аппаратных или чаще программных), каждый из
которых реализует стандартные функции и связаны они между собой
через стандартные интерфейсы. Такое разбиение упрощает создание и
модификацию программ/оборудования IMS, а также обеспечивает
совместимость аппаратно-программных решений разных производителей.

7. 8.6 Функциональные блоки и стандартные интерфейсы архитектуры IMS

Уровень
услуг
Транспортный
уровень
Около 20 стандартных функциональных блоков и
более 35 стандартных интерфейсов!!!
7

8. 8.6 Транспортный уровень IMS (1)

Транспортный уровень отвечает за подключение абонентов к инфраструктуре IMS
посредством пользовательского оборудования UE (User Equipment) - любой терминал
IMS (например смартфон 3G/4G, КПК с поддержкой Wi-Fi или широкополосный
фиксированный доступ). Возможно подключение не-IMS терминалов (например,
обычных телефонов) через абонентские шлюзы. Через транспортный уровень идет
обмен пользовательскими данными с другими сетями (IMS, ТфОП, GSM и др.).
Основное оборудование транспортного уровня IMS:
1. Контроллер мультимедийных ресурсов MRFC (Media Resource Function Controller) обеспечивает реализацию таких услуг, как конференц-связь, оповещения или
перекодирование передаваемого сигнала, а также предоставляет необходимую
информацию системам тарификации и биллинга.
2. Процессор мультимедийных ресурсов MRFP (Media Resource Function Processor) –
распределяет медиаресурсы сети согласно командам от MRFC (объединение
мультимедиапотоков, транскодирование и др.).
3. Транспортный шлюз MGW (Media GateWay) – обеспечивает прямое и обратное
преобразование потоков RTP в потоки сетей с коммутацией каналов (ТфОП).
4. Межсетевой пограничный шлюз I-BGF (Interconnect Border Gateway Function) –
обеспечивает взаимодействие между сетями IPv4 и IPv6. Отвечает за обеспечение
функций безопасности (трансляцию адресов и портов NAPT, функции firewall,
инструменты QoS).

9. 8.6 Транспортный уровень IMS (2)

5. Шлюзовой узел GPRS или узел маршрутизации GGSN (Gateway GPRS
Support Node) - шлюз между сотовой сетью (еe частью – GPRS) и IMS. GGSN
содержит всю необходимую информацию о сетях, куда абоненты GPRS могут
получать доступ, а также параметры соединения. Основной функцией GGSN
является роутинг (маршрутизация) данных, идущих к абоненту и от него через
SGSN.
6. Узел обслуживания абонентов GPRS - SGSN (Serving GPRS Support Node) –
реализация всех функций обработки пакетной информации GPRS-системы.
7. Пакетный шлюз PDG (Packet Data Gateway) – обеспечивает доступ
пользовательского оборудования WLAN (WiFi) к IMS. Отвечает за трансляцию
удаленного IP-адреса, регистрацию пользовательского оборудования в IMS,
обеспечивает выполнение функций безопасности.
8. Шлюз/коммутатор широкополосного доступа A-BGF/BAS (Access Border
Gateway Function/Broadband Access Switch) – обеспечивает доступ
широкополосного пользовательского оборудования к IMS. Выполняет функции,
аналогичные I-BGF.

10. 8.7 Уровень управления в IMS (1)

Уровень управления - это совокупность функций IMS, которые осуществляют
все действия по управлению сеансами связи.
Основные элементы:
Функция управления вызовами и сеансами CSCF (Call Session Control
Function) – является основной на плоскости управления IMS-платформы.
Блок CSCF, используя протокол SIP, выполняет функции, обеспечивающие
доставку множества услуг реального времени посредством IP-транспорта.
Блок CSCF включает три функции:
1) обслуживающая S-CSCF (Serving CSCF) - обрабатывает все SIPсoобщения, которыми обмениваются оконечные устройства пользователей;
2) проксирующая P-CSCF (Proxy CSCF) – через нее в систему IMS поступает
весь сигнальный трафик SIP от пользователей;
3) запрашивающая I-CSCF (Interrogating CSCF) - представляет собой точку
соединения с домашней сетью. I-CSCF обращается к серверу домашних
абонентов HSS, чтобы найти S-CSCF для конкретного абонента.

11. 8.7 Уровень управления в IMS (2)

Функция управления шлюзами BGCF (Breakout Gateway Control Function) – управляет
пересылкой вызовов между доменом коммутации каналов (ТфОП или GSM) и сетью IMS
(маршрутизация на основе телефонных номеров и выбор шлюза, через который IMS
будет взаимодействовать с ТфОП или GSM).
Функция управления шлюзами MGCF (Media Gateways Control Function) – управляет
соединениями в транспортных шлюзах IMS протоколу Н.248/MEGACO.
Сигнальный шлюз SGW (Signaling Gateway) - обеспечивает преобразование сигнализации
ТфОП в вид, понятный MGCF.
Подсистема управления ресурсами и доступом RACS (The Resource and Access Control) обеспечивает функции управления доступом и входа в сеть с помощью управления
шлюзом.
Шлюз IM-MGW обеспечивает передачу пользовательских данных между IMS и CS
доменами, выполняет их преобразование, транскодирование и обработку сигнализации.
Функция выбора политики PDF (Policy Decision Function) – определяет возможность
организации сеанса или его запрета, необходимость изменения параметров сеанса и т. д.
Сервер домашних абонентов HSS (Home Subscriber Server) - база пользовательских
данных. Аналогичен серверу HLR в сети GSM. HSS обеспечивает открытый доступ в
режиме чтения/записи к индивидуальным данным пользователя, связанными с услугами.
В HSS реализуется функция определения положения базы данных конкретного абонента
SLF (Subscription Locator Function).

12. 8.8 Уровень приложений

Уровень приложений эталонной архитектуры IMS содержит набор
серверов приложений AS, которые, в принципе, не являются
элементами IMS. Эти элементы включают в свой состав как
мультимедийные IP-приложения, базирующиеся на протоколе SIP,
так и приложения, реализуемые в мобильных сетях на базе
виртуальной домашней среды.
Архитектура приложений IMS достаточно сложна, но ключевым
моментом здесь является высокая гибкость при создании новых и
интеграции с традиционными приложениями. Например, среда
пересылки сообщений может интегрировать традиционные
свойства телефонного вызова, например обратный вызов и
ожидание вызова, с вызовом Интернет. Чтобы сделать это,
архитектура IMS позволяет запустить множество услуг и управлять
транзакциями между ними.

13. 8.9 Схема установления соединения в IMS

HSS
4
3
2
I-CSCF
P-CSCF
11
1
5
6
S-CSCF
10
12
P-CSCF
9
8
Разговор (RTP)
7

14. 8.10 Сценарий междоменного соединения в IMS

Команды
DIAMETER:
LIR - запрос
информации о
местоположении
абонента
LIA – ответ на
запрос –
информация о
местоположении
абонента

15. Выводы по лекции 8:

1. Подсистема передачи мультимедийных сообщений IMS является
логическим развитием сетей NGN на базе технологии гибких
коммутаторов (softswitch), в которую включаются любые сети
доступа (фиксированные и мобильные 2,5G/3G/4G), используется
сигнальный протокол SIP и транспортная пакетная сеть на базе
протокола IPv6.
2. В архитектуре IMS выделяют три уровня: транспортный,
управления и услуг.
3. На уровне управления основной является функция управления
вызовами/сессиями CSCF, которая реализована в трех видах:
обслуживающая функция S-CSCF, проксирующая функция PCSCF и запрашивающая функция I-CSCF.
4. В составе IMS имеется сервер домашних абонентов HSS,
который обеспечивает открытый доступ в режиме чтения/записи к
индивидуальным данным пользователя, связанным с услугами.

16. Вопросы по лекции 8:

1. Какой основной недостаток сетей NGN на базе концепции гибкого
коммутатора (softswitch)?
2. В чем суть конвергенции фиксированных и мобильных сетей?
3. Укажите основные особенности концепции IMS.
4. Сколько уровней содержит архитектура IMS? Укажите их функции.
5. Какие функциональные элементы входят в состав транспортного уровня
IMS?
6. Какие функциональные элементы входят в состав уровня управления
IMS?
7. На какие виды разделена функция управления вызовами/сессиями CSCF?
Укажите их назначение.
8. Какие функции выполняет сервер домашних абонентов HSS?
9. Зачем в архитектуре IMS
используется большое
количество
функциональных блоков и интерфейсов?
10. Укажите, какие протоколы и между какими функциональными элементами
используются в IMS?
11. Поясните процесс установления соединения в сети IMS.
12. В чем особенность установления междоменного соединения в IMS?