Система и способ для указания доступа с коммутацией каналов при ims-регистрации. Сервисная архитектура подсистемы IP-мультимедиа (IMS)

На 2013 год одно из важнейших приложений IMS – это поддержка полноценной технологии голосовой связи в сетях LTE (VoLTE). Другим ключевым драйвером рынка IMS является возможность создания операторами конкурентных сервисов в ответ на угрозу со стороны сторонних компаний, активно разворачивающих собственные мультимедийные сервисы поверх операторских сетей.

Определение IMS

IMS представляет собой программно-аппаратный комплекс, который является ключевым компонентом практически всех IP-сетей следующего поколения (Next Generation Network, NGN), поддерживающих SIP-телефония (SIP, Session Initiation Protocol) -приложения, и предназначается для обеспечения стандартизации мультимедийных сервисов во всех взаимосвязанных сетях. Благодаря универсальной архитектуре одна и та же IMS-платформа может быть использована для приложений и услуг в мобильных сетях всех поколений (2G, 3G, 4G), а также в фиксированных сетях.

Причем именно в сетях фиксированной связи концепция IMS появилась первоначально - как инструмент сокращения числа сетей крупных операторов (и, соответственно, расходов) за счет миграции на IP (масштабный проект BT Group (ранее British Telecom) в середине 2000-х). Позже, по мере стремительного старта LTE, основной интерес к IMS сместился в сторону поддержки голосовых (VoLTE) и «расширенных» мультимедийных услуг (RCS).

IMS-сеть позволяет создать несколько ключевых механизмов взаимосвязи между сетями вместо создания отдельных соглашений на каждую услугу в отдельности. Это позволяет избежать дублирования функций и снизить издержки операторов.

Одним из важнейших драйверов внедрения IMS является необходимость поддержки голосовых услуг в сетях LTE (VoLTE).

Преимущества IMS

Основные преимущества IMS:

• Обеспечение взаимодействия разного типа сетей
• Возможность разработки и быстрого внедрения новых услуг, включая VoLTE
• Обеспечение качества оказания услуг (QoS)
• Точное выставление счетов
• Снижение затрат на эксплуатацию
• Масштабируемость решений

Предпосылки внедрения IMS

Консолидация операторов и возможность предоставления конвергентных услуг

Конкуренция между существующими операторами мобильной связи остается очень высокой, на рынке происходят активные процессы слияний и поглощений (M&A). Нередко консолидируются компании - провайдеры разного типа услуг (фиксированная и мобильная телефония, мобильная телефония и кабельное телевидение и т.п.). Технология IMS помогает им объединять все типы сетей в одну, реализовать комплекс услуг и сервисов, сочетающий в себе возможности мобильной и фиксированной связи на базе одной платформы (конвергентные услуги) и обеспечить операторам рост ARPU и увеличение доходов.

Угроза со стороны ОТТ-сервисов

Сторонние поставщики текстовых, голосовых и видео-приложений (OTT -провайдеры) каннибализируют традиционные услуги мобильных операторов (голос и SMS), которые приносят последним основную часть доходов. С развитием технологий (переход на 4G) OTT-провайдеры увеличивают привлекательность своих сервисов, например, обеспечивают поддержку голоса и видео высокого разрешения (HD), что усугубляет проблему.

Необходимость сокращения расходов операторов

Очевидной тенденцией мирового рынка телекоммуникаций является рост капитальных затрат операторов.

Считается, что IMS в среднесрочной и долгосрочной перспективе позволит операторам сократить капитальные (CAPEX) и операционные (OPEX) затраты за счет использования единой IP-сети и открытой IMS-архитектуры. Кроме того, операторы смогут быстро и с малыми затратами выводить на рынок новые услуги. Однако на начальном этапе внедрения IMS операторам, очевидно, придется увеличить свои затраты.

Появление и развитие сетей LTE

Резкий рост потребления мобильного трафика данных, острая конкуренция и высокий спрос на услуги мобильного ШПД требует внедрения дорогостоящих технологий LTE и LTE Advanced. Развитие сетей 4G, в свою очередь, стимулирует операторов к внедрению технологии IMS, поскольку она дает возможность внедрять голосовые услуги на сетях LTE (VoLTE) и другие сервисы.

Архитектура IMS

Архитектура IMS обычно делится на три горизонтальных уровня:

• Транспортный уровень организует сеанс связи при помощи сигнализации протокола инициации сеанса и обеспечивает транспортные услуги с конвергированием голоса из аналогового или цифрового сигнала в IP-пакеты использованием протокола RTP.

• Уровень управления вызовами и сеансами осуществляет управления сеансами связи.

• Уровень услуг содержит набор серверов приложений, которые уже могут не являться элементами IMS, и включает в свой состав как мультимедийные IP-приложения, базирующиеся на протоколе SIP-телефония (SIP, Session Initiation Protocol) , так и приложения, реализуемые в мобильных сетях на базе виртуальной домашней среды.

Распространение IMS в России

В 2004-2005 гг. в России прошли первые демонстрации возможностей IMS (компании Siemens и Ericsson).

В 2006 г. Siemens открыл демо-центр IMS в Санкт-Петербурге, в котором осуществлялась демонстрация различных сервисов:

• Call&Share,
• Push And Talk Over Cellular,
• Mobile Presence Manager,
• Group Management,
• Instant Messages Center и др.

В 2009 г. компания МГТС планировала внедрять IMS и завершить проект на аналоговом сегменте в 2011 г., однако из-за кризиса проект был реализован лишь частично. В частности, в 2010 г. на цифровой формат переведена лишь часть аналоговых АТС, а также установлено ядро сети. В начале 2012 г. МГТС запустила в тестовую эксплуатацию первый корпоративный сервис на базе IMS, в коммерцию сервис планировалось запустить в марте 2012 г. Первой услугой стал масшабируемый сервис IP-Centrex.

Ранее, в 2011 г. макрорегиональный филиал «Юг» ОАО «Ростелеком » использовал решение Alcatel-Lucent IMS для перевода существующей фиксированной сети на IP-архитектуру с поддержкой технологии VoIP и других современных сервисов.

Кроме того, в августе 2012 г. макрорегиональный фитлиал «Урал» ОАО «Ростелеком» проводил запрос котировок на право заключения договора по проекту «Развитие платформы разработки и доставки услуг и элементов IMS ядра».

Мировой рынок оборудования IMS: основные тренды и прогнозы

На рынке готовых IMS-систем на 2012 год действуют 7 крупнейших вендоров.

В настоящее время в Беларуси оператор электросвязи Белтелеком усиленно внедряет телефонную связь на базе сети IMS. Предоставляется оборудование в пользование. Представляет оно собой обычный ADSL модем, но со встроенным SIP клиентом.

Но у нас есть CISCO 2951 с поднятой телефонией. Возникла мысль, а можно ли настроить такой телефонный номер без оборудования Белтелеком и напрямую в маршрутизаторе.

При разборе настроек в модеме выяснилось следующее. VoIP подается по отдельному PVC (VCI/VPI=2/35) в режиме IP/DHCP:

Модем получает настройки IP и шлюза по DHCP.

Нам важно запомнить адрес шлюза, для дальнейшей настройки на CISCO.

При заключении договора выдаются следующие данные:

Номер телефона: +37517xxxxxxx
Login: [email protected]

Необходимо также узнать пароль к сервису IMS: passIMS . У меня в маршрутизаторе Cisco установлена ADSL2 and ADSL2 High-Speed WAN Interface Cards .

Настраиваем сначала подключение по нужному PVC(2/35).

Interface ATM0/1/0.2 point-to-point ip address dhcp no ip proxy-arp ip nat outside ip virtual-reassembly in atm route-bridged ip pvc 2/35 encapsulation aal5snap
.02 в имени интерфейса выбрана произвольно, так как у меня уже есть одно соединение на этом же интерфейсе.

Sh int atm 0/1/0.2
убеждаемся что интерфейс поднялся и IP адрес получен.

Настройки SIP серверов тоже можно увидеть в модеме, если предварительно в telnet дать следующую команду: sendcmd 3 webd setconfig voippagedisp y .

Будем использовать один из SIP серверов, а именно 10.56.0.9 . Далее необходимо прописать маршруты.

Ip route 10.56.0.9 255.255.255.255 10.233.64.1 ip route 10.56.0.10 255.255.255.255 10.233.64.1 ip route 10.56.0.11 255.255.255.255 10.233.64.1
10.56.0.10 и 10.56.0.11 - это адрес RTP сервера обслуживающего аудио поток. Так как ims.beltel.by не имеет в DNS записи, то прописываем ее руками.

Ip host ims.beltel.by 10.56.0.9
Теперь переходим к непосредственной настройки sip-ua. Здесь есть особенность, авторизация должна проходить с указанием домена, т.е. вида [email protected]. Поэтому используем еще параметр number .

Sip-ua credentials number +37517xxxxxxx username [email protected] password PassIMS realm ims.beltel.by authentication username +37517xxxxxxx password PassIMS realm ims.beltel.by retry invite 3 retry response 3 retry bye 3 retry cancel 3 retry register 5 registrar dns:ims.beltel.by:5060 expires 3600 auth-realm ims.beltel.by sip-server dns:ims.beltel.by:5060 connection-reuse host-registrar
Об успешной регистрации будет видно из команды:

Dial-peer voice 8017 voip description #toIMS# translation-profile outgoing fromIMS destination-pattern 8017.T session protocol sipv2 session target sip-server session transport udp voice-class codec 1 dtmf-relay rtp-nte no vad
Необходимо также обязательно подменять свой внутренний номер на номер выданный Белтелекомом, чтобы звонок обслуживался. Это делается через translation-profile .

Voice translation-rule 1 rule 1 /.*/ /+37517xxxxxxx/ voice translation-profile fromIMS translate calling 1
Так как у меня используются телефоны Cisco 6921, то для входящего звонка просто прописан параметр secondary на внутреннем номере.

Ephone-dn 1 dual-line number 1234 secondary +37517xxxxxxx no-reg both
Таким образом мы получаем SIPовский номер в нашу телефонную сеть без дополнительного стороннего оборудования и в цифровом виде.

Update: С недавнего времени Белтелеком начал работать по UDP протоколу. Поэтому для входящих соединений уже не получится вписать secondary номер. Необходимо делать dial-peer с входящим правилом.

Примерно такой:

Dial-peer voice 9192 voip description #Incoming_IMS# translation-profile incoming incomIMS session protocol sipv2 session target dns:ims.beltel.by session transport udp incoming called-number +37517xxxxxxx voice-class codec 1 dtmf-relay rtp-nte
где translation-profile incoming incomIMS это правило сопоставления номера IMS вашему внутреннему, на который необходимо принять звонок.

Например:

Voice translation-rule 5 rule 1 /.*/ /1234/ voice translation-profile incomIMS translate called 5

ределенный в RFC 2486. PrUI выглядит следующим образом: [email protected]

Для абонентов UMTS PrUI хранится в логическом модуле идентифи-

кации мобильных абонентов IMS ISIM (IP Multimedia Services Identity Module), а так же в HSS, и используется для аутентификации и регистрации пользователя в IMS. PrUI не может быть изменен в терминале пользователя, действителен на все время подписки пользователя на услуги IMS, не используется для маршрутизации сообщений SIP. После регистрации и аутентификации пользователя PrUI должен храниться так же в S-CSCF.

3GPP Release 5 предписывал каждому пользователю иметь один PrUI, но в Release 6 это ограничение убрано, и теперь пользователь может иметь несколько PrUI.

Каждому идентификатору PrUI оператор ставит в соответствие, по меньшей мере, один идентификатор PuUI в формате SIP URI (RFC 3261) и не более чем один в формате tel URL (RFC 3966). В IMS идентификатор PuUI используется для маршрутизации сигнальных SIP-сообщений и в качестве контактной информации для других пользователей.

Формат PuUI:

 sip:[email protected]

 sip:[email protected];user=phone

Пользователю обычно требуется два разных PuUI – один для сети передачи данных, другой для телефонной сети общего пользования.

Другая причина иметь несколько PuUI – возможность использовать различные номера для разных контактов или услуг. Идентификационная карта IMS-терминала ISIM хранит один PrUI и, как минимум, один PuUI. Перед началом установления или в ходе сессии PuUI должен быть зарегистрирован в процессе регистрации.

Полная структура взаимосвязи нескольких PrUI и PuUI хранится в пользовательском профиле HSS (рис. 1.2). Пользовательский профиль обычно состоит из информации необходимой для подписки на услуги IMS, такой как идентификатор PrUI. Подписка на услуги IMS содержит один или несколько профилей обслуживания Service Profile (набор услуг и соответствующих данных пользователя). Каждому идентификатору PuUI оператор ставит в соответствие только один профиль обслуживания Service Profile.

UICC (Universal Integrated Circuit Card) – термин, означающий смен-

ную идентификационную карту, имеющую стандартизованный интерфейс с терминалом. Карта UICC может содержать несколько логических приложений, таких как SIM (GSM), USIM (UMTS) и ISIM – наиболее важное приложение, поскольку служит для идентификации, авторизации и конфигурации терминала при работе в IMS-сети.

						Public User Identity 1			Service Profile 1
			Private User Identity 1
Подписка на услуги						Public User Identity 2
IMS (IMS Subscription)
			Private User Identity 2						Service Profile 2
						Public User Identity 3

Рис. 1.2. Идентификация IMS пользователей

В 3GPP Release 6 появился идентификатор Public Service Identity (PSI),

В отличие от описанных выше идентификаторов, PSI присваивается не пользователям, а услугам, размещенным на серверах приложений. Так же, как и PuUI, идентификаторы PSI могут иметь формат sip url или tel url.

1.5. Архитектура IMS

Подсистема IMS специфицируется как многоуровневая архитектура с разделением на три уровня (плоскости):

User Plane – транспортную плоскость; Control Plane – плоскость управления; Application Plane – плоскость приложений.

Партнерство 3GPP специфицирует не оборудование сети, а функции, которые должны выполняться элементами сети. Таким образом, IMS архитектура (рис. 1.3) представляет собой набор логических функций, взаимодействующих с использованием стандартных протоколов.

Разработчики вправе комбинировать несколько функций в одном физическом объекте или, наоборот, реализовать одну функцию распределенно, однако чаще всего физическую архитектуру ставят в соответствие функциональной и реализуют каждую функцию в отдельном элементе.

Синализация

Пользовательские данные

Рис. 1.3. Архитектура IMS

Транспортный уровень

Транспортный уровень отвечает за процедуру подключения пользователей к сети IMS (подуровень управления) и транспортировку данных пользователя (функции передачи). Функциональными элементами транспортного уровня являются:

подсистема присоединения сети NASS (network attachment subsystem) используется для пользователей не 3GPP доступа, относится к подуровню управления транспортного уровня. NASS обеспечивает динамическое назначение IP-адресов и других параметров конфигурации оборудования пользователя, аутентификацию пользователя до или в течение процедуры назначения IP-адреса, авторизацию и конфигурацию доступа к сети на основе профиля пользователя, управление местоположением;

подсистема управления доступом и ресурсами RACS (resource and admission control subsystem) используется для пользователей не 3GPP доступа, относится к подуровню управления транспортного уровня. RACS обеспечивает управление доступом, резервирование ресурсов, обеспечивает доступ к услугам, предоставляемым пограничным шлюзом, включая управление шлюзом и преобразование сетевых адресов;

мультимедийный шлюз IM–MGW (IP Multimedia Media GateWay)

осуществляет преобразование пользовательской информации сети с коммутацией каналов TDM в пакеты IP-сети и обратно и коммутацию пользовательской информации между портами шлюза;

шлюз сопряжения TrGW (Transition Gateway) вместе с функцией пограничного взаимодействия IBCF (Interconnection Border Control

Function) отвечает за взаимодействие между IP-сетями различных версий IP и операторов. Шлюз сопряжения TrGW осуществляет согласование сетей на уровне передачи пользовательской информации;

функция процессора ресурсов мультимедиа MRFP (Media Resource Function Processor) обеспечивает под управлением контроллера ресурсов мультимедиа MRFC широкий набор функций для поддержки мультимедийных сеансов, в том числе конфигурирование ресурсов, смешивание различных медиапотоков от нескольких источников, генерацию мультимедийных объявлений, обработку мультимедийных потоков (транскодирование), управление правом доступа к медиаресурсам при организации конференции.

Уровень управления

Уровень управления – это совокупность функций IMS, которые осуществляют все действия по управлению сеансами связи и регистрации пользователя в сети IMS.

Основные логические элементы уровня управления.

Функциональный объект управления сессиями CSCF (Call/Session Control Function) является центральной частью системы IMS, используя протокол SIP, выполняет функции, обеспечивающие предоставление различных услуг реального времени посредством транспорта IP. CSCF включает три основных функции:

Proxy CSCF (P-CSCF) – выполняет функцию посредника (на сигнальном уровне) для взаимодействия IMS сети и пользовательского IMS терминала. Весь сигнальный трафик протокола SIP направляется от пользовательского терминала к P-CSCF и далее к точке входа в домашнюю сеть (I-CSCF), если пользователь находится в гостевой IMS, или к S-CSCF, если пользователь находится в домашней сети. Адрес S-CSCF определяется в процессе регистрации пользователя. Можно сказать, что P-CSCF реализует функции логического объекта SIP-агента пользователя UA (User Agent). P- CSCF участвует в регистрации пользователя, определяет адрес I-CSCF, находящейся в домашней сети, формирует учетные записи и передает их в сервер начисления платы, а также осуществляет проверку правильности построения сообщений SIP, передаваемых IMS терминалом. Обслуживаемый терминал пользователя закрепляется за функциональным объектом P- CSCF при регистрации в сети на все время регистрации. Адрес P-CSCF на все время сеанса хранится в S-CSCF для трансляции данных к пользователю;

Interrogating CSCF (I-CSCF) – выполняет функцию посредника для взаимодействия с внешними сетями. Функциональный объект I-CSCF создает первую контактную точку домашней сети IMS на сигнальном уровне в процессе регистрации пользователей, находящихся в гостевой сети, при установлении соединений между пользователями, находящимися в

различных домашних сетях, для всех внешних соединений с пользователями данной сети или гостевыми пользователями, временно находящимися в данной сети. Кроме выполнения функций SIP-прокси I-CSCF взаимодействует по протоколу Diameter с пользовательской базой данных HSS для:

o определения наличия или возможности регистрации пользователя

в данной сети,

o получения информации о функциональном объекте S-CSCF,

o если S-CSCF еще не назначен, I-CSCF производит его выбор в процессе регистрации пользователя,

o определение возможностей пользователя по доступу к услугам. I-CSCF также формирует учетные записи для начисления платы;

Serving CSCF (S-CSCF) – обслуживающая функция, обеспечивает управление мультимедийными сеансами. Помимо функции SIP-сервера, S- CSCF выполняет функцию регистрирующего сервера сети SIP (SIPregistrar), то есть хранит всю информацию о пользователе, полученную от I-CSCF и HSS: IP-адреса терминала, с которого пользователь получил доступ в сеть, PuUI, PrUI, возможности пользователя по доступу к услугам, адреса P-CSCF, I-CSCF. В свою очередь, S-CSCF информирует сервер пользовательских данных HSS о том, что пользователь прикреплен к ней на срок своей регистрации, и о срабатывании таймера регистрации. Вся сигнальная информация SIP, передаваемая и принимаемая IMS-терминалом, проходит через функциональный объект S-CSCF, к которому прикреплен пользователь. S-CSCF поддерживает сеанс в течение всего времени его продолжения и, по мере надобности, взаимодействует с сервисными платформами и с функциями начисления платы. S-CSCF всегда находится в домашней сети пользователя.

Пользовательская база данных HSS (Home Subscriber Server) представляет собой централизованное хранилище информации о пользователях и услугах сети IMS и является эволюционным развитием HLR (Home Location Register) из архитектуры сетей GSM/UMTS. В HSS хранится информация о публичном PuUI и закрытом PrUI идентификаторах пользователя IMS, имя обслуживающей функции управления сеансом связи S- CSCF, параметры аутентификации и шифрования, информация о сервере приложений, об услугах, на которые подписан пользователь, имя функции учета стоимости.

HSS взаимодействует с CSCF и серверами приложений, используя протокол Diameter. Если количество пользователей слишком велико, чтобы данные о них хранились в одном HSS, сеть может содержать более одного HSS. Такая сеть наряду с несколькими HSS имеет в своем составе функ-

циональный объект SLF (Subscriber Location Function), который хранит данные и соответствие адресов HSS адресам пользователей. Узел, передавший к SLF запрос с адресом пользователя, получает от него сведения о

Функциональный объект управления медиашлюзом MGCF (Media Gateways Control Function), его основной задачей является управление медиашлюзами (IM-MGW), а также прямое и обратное преобразование сигнализации сетей ОКС 7 (протокол ISUP) в сигнализацию сети IMS (протокол

Сигнальный шлюз SGW (Signaling Gateway) осуществляет преобразование протоколов нижних уровней для обеспечения двустороннего сигнального обмена между сетью IP и сетью TDM, заменяя подсистемы MTP протоколом SIGTRAN. При этом протоколы прикладного уровня (ISUP, MAP, CAP и другие) через SGW транслируются без анализа.

Контроллер ресурсов мультимедиа MRFC (Media Resource Function Controller). Контроллер ресурсов мультимедиа MRFC взаимодействует с S-CSCF по протоколу SIP и, используя информацию, полученную от S- CSCF, управляет MRFP с помощью протокола MEGACO (H.248). Например, трансляцией акустических сигналов и объявлений, транскодированием и перекодированием, объединением медиапотоков при управлении конференциями.

Функциональный объект управления пограничными шлюзами

BGCF (Breakout Gateway Control Function) реализует функции управления выбором сети, осуществляет маршрутизацию на основе информации о телефонных номерах, получаемой из сообщений протокола SIP, административной информации и/или с помощью доступа к базам данных. BGCF используется только при установлении сеанса между пользователями сети IMS и абонентом сети с коммутацией каналов. BGCF выбирает сеть IMS, в которой будет происходить взаимодействие с сетью с коммутацией каналов, или MGCF, если BGCF находится в сети IMS, которая будет взаимодействовать с сетью с коммутацией каналов. Оборудование BGCF также маршрутизирует транзитный сигнальный трафик.

Функциональный объект граничного взаимодействия IBCF

(Interconnection Border Control Function) обеспечивает взаимодействие с IP-

сетями. IBCF, обеспечивает реализацию стека протоколов SIP/SDP для установления взаимосвязи между приложениями SIP на основе IPv6 и приложениями SIP на основе IPv4, сокрытие сетевой топологии, управление с помощью протокола MEGACO шлюзами сопряжения TrGW при установлении соединений с другими IMS или другими сетями, функционирующими на основе протокола IP. IBCF также выполняет функции маршрутизации при транзите.

Уровень приложений

Уровень приложений относится к верхнему уровню сетевой архитектуры IMS. На данном уровне расположены серверы приложений AS, пре-

доставляющие доступ как к приложениям IMS, так и приложениям на основе других платформ (таких как OSA и CAMEL).

На этом уровне сервера приложений отвечают за обслуживание конечных пользователей.

Архитектура IMS и сигнализация SIP обеспечивают достаточную гибкость для поддержки разнообразных телефонных и других приложений:

SCIM (Service Capability Interaction Manager) – обеспечивает управление взаимодействием плоскости приложений и ядра IMS;

SIP AS (SIP Application Server) – сервер приложений, служащий для выполнения услуг, базирующихся на протоколе SIP. Ожидается, что все новые услуги в IMS будут находиться именно в сервере SIP AS;

OSA-SCS (Open Service Access – Service Capability Server) – сер-

вер возможных услуг, который обеспечивает интерфейс к услугам, базирующимся на открытом доступе (OSA). Его задачей является обеспечение возможности доступа услуг к сетевым функциям посредством стандартного программного интерфейса приложений;

IM-SSF (IP Multimedia – Service Switching Function) – сервер ком-

мутации услуги, служит для возможности использования в IMS услуг

CAMEL (Customized Applications for Mobile network Enhanced Logic) разра-

ботанных для мобильных сетей;

TAS (Telephony Application Server) – сервер телефонных прило-

жений принимает и обрабатывает сообщения протокола SIP, а также определяет, каким образом должен быть инициирован исходящий вызов. Сервисная логика TAS обеспечивает базовые сервисы обработки вызовов, включая анализ цифр, маршрутизацию, установление, ожидание и перенаправление вызовов, конференц-связь.

1.6. Технологии доступа к сети IMS

Благодаря концепции инвариантности доступа даже не предназначенные для взаимодействия с подсистемой IMS пользовательские устройства могут осуществлять доступ к опорной сети и сервисам на базе IMS.

Изначально (в спецификациях 3GPP Release 5) IMS была ориентирована на работу с мобильными сетями поколения 2,5G (GSM/GPRS), имеющими технологию радиодоступа GERAN, и 3G (UMTS) – технология радиодоступа UTRAN. В стандартах консорциума 3GPP2 описана возможность доступа к IMS сети радиодоступа CDMA2000.

В последующих версиях 3GPP Release 6, 7 и ETSI TISPAN рассмотрены вопросы взаимодействия IMS с сетями, имеющими технологии доступа WLAN/Wi-Fi, хDSL (рис. 1.4). А в версиях 8 и 10 спецификаций 3GPP была добавлена поддержка инфраструктур HSPA и LTE.

Presence AS Messaging AS

Уровень приложения

Рис. 1.4. Организация доступа к сети IMS

Для доступа к IMS пользователей сетей радиодоступа GERAN/UTRAN используются узлы GPRS (SGSN, GGSN) (рис. 1.4).

За доступ пользовательского оборудования WLAN к сети IMS отвечает пакетный шлюз PDG (Packet Data Gateway) и шлюз беспроводного дос-

тупа WAG (Wireless Access Gateway).

Мультиплексор DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) и граничный шлюз A-BGF/BAS (Access Border Gateway Function/Broadband Access Switch), обеспечивает широкополосный доступ фиксированных пользователей к сети IMS.

1.7. Основные протоколы IMS

Как уже говорилось ранее, архитектура IMS представляет собой набор функциональных объектов, соединенных стандартными интерфейсами (рис. 1.5). Взаимодействие функциональных объектов IMS осуществляется с использованием протоколов сети Интернет, определенных организацией

Протоколы подсистемы IMS обеспечивают управление мультимедийными сессиями (SIP, SDP), передачу пользовательского трафика (RTP и RTCP), регистрацию, аутентификацию, авторизацию, поддержку мобильности пользователя (Diameter). Протокол MEGACO/H.248 используется для

управления зависимыми объектами транспортной плоскости. Для транс-
портировки сигнальной информации ОКС7в сетях IP и взаимодействия с
другими сетями, в частности с ТфОП, используется протокол SIGTRAN.
						Плоскость услуг и
							приложений
						Плоскость управления
						Транспортная плоскость
				Сеть абонентского доступа

Рис. 1.5. Функциональные элементы и интерфейсы архитектуры IMS

Перечень возможных интерфейсов (внешних и внутренних) и протоколов взаимодействия, реализованных в архитектуре IMS, представлен в табл. 1.1.

			Таблица 1.1
	Наименование	Протоколы	Описание
	интерфейса (рис. 1.6)	взаимодействия
			Обмен сообщениями
			между сервером приложения AS
			и функцией MRFC
			Взаимодействие
			между I-CSCF/S-CSCF и HSS
			Обнаружение сервером приложе-
			ний AS, необходимого HSS,
			в сети с несколькими HSS
			Обнаружение функциями
			I-CSCF/S-CSCF, необходимого
			HSS, в сети с несколькими HSS
			Обмен сообщениями между
			оборудованием пользователя
			и функциями CSCF
			Взаимодействие между
			блоками IBCF различных
			мультимедийных сетей
			Обмен сообщениями между
			функциями CSCF и серверами
			приложений AS
			Взаимодействие между
			элементами IBCF и TrGW
			Взаимодействие между TrGW
			и пограничными шлюзами
			различных мультимедийных сетей
			Взаимодействие между блоками
			I-CSCF и сервером приложений

Стандарт IP Multimedia Subsystem (IMS) является ключевым элементом при переходе к полномасштабным IP8услугам и конвергенции сетей. Этот стандарт обладает преимуществами IP, сохраняя при этом ожидаемый уровень качества для пользователей, расширяя сферы применения, поддерживая новые равноправные связи и мультимедийные возможности.

Сегодня операторы все больше ощущают влияние изменений, которые влечет за собой стремительное развитие рынка и технологий.

Направление развития рынка телекоммуникационных услуг следующего поколения во многом определяется тем фактом, что 3GPP (3rd Generation Partnership Project) приняла решение утвердить определенный IETF протокол Session Initiation Protocol (SIP) в качестве основы для сетей третьего поколения мобильной связи. Кроме того, 3GPP разработала спецификации IP Multimedia Subsystem (IMS), определяющие стандартную базовую архитектуру для услуг передачи голоса через интернет (VoIP) и мультимедийных сервисов.

Другие органы стандартизации, включая ETSI/TISPAN, в настоящее время также начинают использовать IMS. Этот стандарт поддерживает разнообразные типы доступа, в том числе GSM, WCDMA, CDMA2000, кабельный широкополосный доступ и WLAN.

Стандарт IP Multimedia Subsystem (IMS) определяет динамическую базовую архитектуру для услуг передачи голоса через интернет (Voice over IP, VoIP) и мультимедийных сервисов. Для пользователей услуги, основанные на IMS, обеспечивают связь между двумя абонентами и между абонентом и контент-ресурсом в различных режимах (включая передачу голоса, текста, изображений и видео или любую их комбинацию) с максимальной персонализацией и контролем.

Для операторов IMS предлагает концепцию многоуровневой архитектуры нового поколения, определяя горизонтальную архитектуру, в которой средства предоставления услуг и обычные функции могут использоваться неоднократно для различных приложений. Горизонтальная архитектура IMS также определяет совместимость и роуминг и обеспечивает контроль канала, биллинг и безопасность. Кроме того, она тесно интегрирована с существующими сетями передачи голоса и данных, и имеет множество ключевых преимуществ из области IT. Это делает IMS главным средством для слияния стационарных и мобильных сетей связи. Вот почему IMS станет оптимальным решением для предоставления мультимедийных услуг операторами стационарных и мобильных сетей.

Архитектура IMS

Архитектура IMS позволяет предоставлять мультимедийные услуги. Этот стандарт создан на основе протоколов SIP, но содержит специфические расширения для телефонной связи, относящиеся, например, к качеству услуг (QoS) и масштабируемости, аутентификации и биллингу.

IMS обеспечивает сервисную архитектуру, в которой многие функции могут быть использованы с различными приложениями и у разных провайдеров. Это позволяет быстро и эффективно создавать новые услуги и непосредственно предоставлять их.

В основе концепции этого стандарта лежит способность IMS передавать сигнальный трафик и трафик в канале через IP-уровень, а также выполнять функции маршрутизатора или механизма управления сессиями абонентов с использованием информации об их состоянии.

IMS включает в себя блок интерфейсов, SIP-прокси-серверов и обычных серверов, а также медиашлюзов (для подсоединения к сетям с отличным от IP протоколом). Многоуровневая архитектура IMS показана на рисунке.

Упрощенная схема многоуровневой архитектуры IMS

Итак, уровень услуг состоит из серверов приложений и контент-серверов для предоставления абонентам дополнительных услуг. Базовые средства предоставления услуг, как это определено стандартом IMS (например, управление присутствием или управление списками групп), реализованы в качестве услуг на сервере SIP-приложения.

Уровень управления включает в себя серверы управления сетью для обработки установления, изменения или отмены вызова или сеанса. Наиболее важной функцией в данном случае является CSCF (функция управления сеансом вызова). Данный уровень также включает полный набор функций поддержки, например, предоставления услуг, биллинга, эксплуатации и управления (О&М). Взаимодействие с сетями других операторов и/или прочими типами сетей осуществляется благодаря пограничным шлюзам.

На уровне связи и взаимодействия присутствуют маршрутизаторы и коммутаторы для магистральной сети и сети доступа.

Конвергенция сетей

Поддержка конвергенции позволяет создать более эффективную сеть с мультисервисной многоуровневой архитектурой. Это означает создание горизонтальной архитектуры, включающей в себя уровень средств предоставления услуг и приложений, уровень управления связью, уровень опорной сети и сети доступа.

IMS предлагает общую архитектуру для всех типов доступа (фиксированного широкополосного, WLAN, 2,5G, 3G), обеспечивая рост доходов за счет повышения качества услуг, увеличения эффективности передачи и поддержки внедрения новых мультимедийных услуг через различные сети доступа. Кроме того, эксплуатационные затраты уменьшаются благодаря упрощенному планированию и модернизации сетей, а также распределению сфер компетенции и разделению функций эксплуатации и технического обслуживания.

За последние несколько лет передача голосовых данных по IP-сетям (VoIP) в стационарных интернет-системах достигла приемлемого уровня качества, и многие большие предприятия используют данную услугу или собираются переходить на нее. Конвергенция голосовых сетей и сетей передачи данных имеет большие преимущества, поскольку снижает стоимость и увеличивает эффективность и функциональность.

Стандарты на смену патентованным решениям

Операторы IMS также могут выбирать между использованием стандартизированных сервисных структур как части платформ предоставления услуг и созданием собственной сервисной структуры.

Если оператор предпочитает разрабатывать все услуги самостоятельно или по контракту с разработчиками, он может определить способы интеграции и взаимодействия этих приложений с разнообразными сетевыми и коммерческими системами. Также оператор получает возможность продвижения своих услуг под собственным брендом.

Недостатком отказа от стандартов является дороговизна разработки собственной системы. В этом случае все будет ограниченным: количество терминалов и их версий, круг разработчиков, привлеченных к проектированию, набор доступных услуг, совместимость с другими сетями и терминалами.

Альтернативой для операторов может стать использование стандартной архитектуры - IMS.

Функции и сервисы IMS

IMS упрощает создание и предоставление мультимедийных сервисов, базирующихся на общих средствах оказания услуг по типу "однократное создание - многократное использование". Эти средства предоставления услуг представляют собой общие "строительные" блоки многократного использования для создания сервисов. Средства оказания услуг, созданные для разнообразных приложений, могут становиться глобальными и автоматически включаться в новые приложения и услуги. Таких средств много, но основными из них являются управление присутствием и списками групп.

Управление присутствием

Благодаря средству оказания услуги присутствия можно информировать определенный круг пользователей о доступности и способах связи с членами данной группы. Это дает возможность пользователям "видеть" друг друга до установления соединения (активная адресная книга) или получать сообщения о том, что другие пользователи доступны.

Функция "Присутствие в IMS" позволяет распознавать различные информационные средства, пользователей (абонентов) и пользовательские настройки. Эта функция также предоставляет сведения о том, по каким терминалам можно связаться с пользователем в различных проводных и беспроводных сетях связи. Пользователь может задавать разные правила для определения того, кто и какую информацию увидит.

Управление списками групп

Средство управления списками групп позволяет пользователям создавать и управлять определениями сетевой группы для использования любым сервисом, развернутым в сети. Существуют общие механизмы для извещения об изменениях в определениях групп. Примеры приложений для управления группой включают в себя списки друзей, списки заблокированных абонентов, открытые/закрытые группы (например, простое определение VPN-ориентированных сервисных пакетов), списки управления доступом, открытые или закрытые чаты, а также любые другие приложения, в которых есть список коллективных идентификаторов.

Совместимость сервисов

Надо отметить, что IMS позволяет многократно использовать связи между операторами. Вместо того чтобы развивать различные связи и соглашения о взаимодействии для каждого сервиса, IMS обеспечивает установление и развитие связей между операторами для каждого сервиса.

Сегодня, если один пользователь желает получить доступ к сервису другого - например, проверить статус или местоположение, - маршрутизация к сервису этого другого пользователя будет специфической услугой и потребует запроса сервиса от оператора пользователя. Более того, для каждого сервиса должен существовать специфический межсетевой интерфейс, маршрутизация, точка доступа к сервису и средства обеспечения безопасности, а следовательно, и специфическое соглашение об услуге между операторами.

Если IMS функционирует, доступ к сервисам других пользователей является задачей сети IMS, общей для всех персональных сервисов IMS, как это показано на рисунке справа.

Услуги оператора, запрашивающего пользователя, не требуются для маршрутизации запроса. Межсетевой интерфейс между операторами действует в IMS, а общее сервисное согла-шение - между операторами IMS; маршрутизация, точка доступа к сервисной сети и средства безопасности могут использоваться неоднократно.

"Бесшовная" связь

IMS позволяет проводить сеансы обмена информацией между большим количеством пользователей и устройств. Она обеспечивает передачу множества сервисов через один канал связи. IMS допускает интеграцию сервисов в реальном и не в реальном времени в ходе одного сеанса, а также дает возможность сервисам взаимодействовать друг с другом.

Таким образом, IMS предоставляет конечным пользователям две основные функции - поддержку интеграции и взаимодействия сервисов.

Интеграция сервисов представляет собой возможность динамического изменения информационных средств, активизированных в ходе мультимедийного сеанса связи. Диапазон используемых типов информационных средств определяется только возможностями терминала пользователя. Таким образом IMS "интегрирует" в одном сеансе то, что сегодня представляет собой различные сервисы. Для пользователей применение единого сеанса означает то, что они могут работать в многозадачном режиме, то есть нет необходимости прерывать голосовой вызов (или переводить его в режим удержания), чтобы послать текстовое сообщение или видеоклип.

Взаимодействие сервисов - это возможность объединять их в пакеты, создавая новые возможности и удовлетворяя потребности пользователей. Например, пользователь может просматривать вэб-сайт и перейти к голосовому или видеовызову простым нажатием кнопки. Таким образом, сервисы взаимодействуют друг с другом, создавая для пользователя единое рабочее пространство.

Хотя мультимедийные сервисы на базе существующей технологии были доступны и раньше, всегда возникали сложности с развертыванием, высокой стоимостью и неэффективностью использования сетевых ресурсов. Компания Ericsson уверена, что высочайший технический уровень мультимедийной IP-технологии позволит предоставлять разнообразные сервисы, в том числе:

• голосовые;
• видео;
• присутствие и мгновенный обмен сообщениями;
• игры;
• организация коллективной конференц-связи с использованием различных типов информационных средств;
• интерактивное телевидение;
• видео по запросу;
• текстовые чаты.

Усовершенствование телефонной связи с помощью комбинационных сервисов, объединяющих сервисы традиционной коммутируемой голосовой телефонной связи и передачи данных через IP, позволяет пользователю мгновенно и интерактивно обмениваться информацией - изображениями, реальным видео и вэб-контентом.

Также появится возможность совмещать диалоговые мультимедийные сервисы с другими категориями сервисов, такими как информация о каталогах, просмотр информации в интернете, позиционирование и присутствие. Например, может быть разработана услуга, связанная с месторасположением, когда сеанс голосовой связи объединяется с позиционированием абонентов для предоставления информации о географическом расположении собеседников.

В мире проводной связи IMS не только способна предоставлять стандартизированные услуги VoIP, но и объединять, например, мультимедийные сервисы с IP-Centrex, или создавать усовершенствованные сервисы взаимодействия, подходящие как для малых/средних, так и для крупных предприятий.

Широкоизвестное приложение IMS: поддержка возможности push-to-talk по сотовой связи

Сотовая связь по принципу push-to-talk (Push-to-Talk over Cellular, PoC) является первой из многочисленных сфер применения IMS. В 2003 году ведущие поставщики услуг и операторы (в том числе Ericsson) объявили о завершении совместной разработки спецификации Push-to-Talk over Cellular, основанной на IP Multimedia Subsystem (IMS), как определено стандартами 3GPP и 3GPP2. Большую поддержку многих операторов и поставщиков услуг получила не только данная спецификация, но и РоС, предоставленная для ратификации в Open Mobile Alliance (ОМА). Open Mobile Alliance в настоящее время проводит работу по стандартизации, и учитывая тот факт, что в альянс входит более 350 представителей производителей, данная организация обеспечит преемственность стандартов и их функциональную совместимость.

Это должно сделать push-to-talk общедоступным сервисом, подобно SMS и MMS, за счет обеспечения "прозрачности" сети для конечных пользователей. Такая спецификация разработана для удовлетворения огромной потребности рынка в push-to-talk и IMS. Стандартизация ведет к расширению ассортимента типов и моделей терминалов за счет увеличения объемов производства у всех операторов, вовлеченных в процесс стандартизации.

РоС предлагает разнообразные сервисы для связи "абонент - абонент" и групповой связи, включая чаты, индивидуальные сигналы оповещения и управление присутствием. РоС работает только в среде с коммутацией пакетов и базируется на средствах оказания услуг IMS и общих функциях, как, например, управление группой, списком и присутствием, проведение конференц-связи, безопасность, биллинг и O&M.

Сервисы push-to-talk можно использовать в потребительском сегменте: оставаясь на связи с друзьями, планировать досуг, или общаться с членами семьи посредством нажатия кнопки. Эта услуга нацелена также на корпоративный сегмент, где она используется, в частности, для обмена информацией в рабочих группах - например, для находящегося на выезде специалиста IS/IT, которому необходимо связаться с коллегами для получения нужной информации.

Сервис push-to-talk с учетом соответствующего позиционирования и ценообразования может быть представлен как новая голосовая услуга в сегменте между голосовыми вызовами и сервисами текстовых сообщений типа SMS. Данный сервис является более быстродействующим по сравнению с обычными голосовыми вызовами и обеспечивает более простое групповое соединение. Также он, в отличие от SMS, кроме собственно сообщения, обеспечивает более быструю и эмоциональную связь между абонентами, а также мгновенную ответную реакцию.

Устройство типа портативной радиостанции для связи в мобильных сетях впервые с успехом было применено в США. Уже в середине девяностых годов мобильный оператор Nextel запустил региональный сервис, который к 2004 году превратился в общенациональную сеть с 12,3 миллионами абонентов. Nextel продемонстрировал рынку впечатляющие финансовые результаты наряду с очень высоким уровнем проникновения (>90%) сервисов типа портативной радиостанции, что побудило остальных игроков рынка к анализу возможностей создания конкурирующих сервисов.

Гарантией успеха данного сервиса является его совместимость, аналогичная нынешней совместимости SMS, которая дает возможность клиентам общаться друг с другом вне зависимости от конкретного провайдера услуг. Совместимость сетей и технологий является сегодня ключевым фактором для клиентов, поскольку невозможность установить связь между двумя абонентами, пользующимися различными пакетами мобильных услуг, может привести к замедлению распространения этой услуги. Именно поэтому IMS стал базой для PoC.

Технология push-to-talk от компании Ericsson - Ericsson Instant Talk (EIT) - является комплексным решением, состоящим из трех основных компонентов: системы Ericsson IMS (IPMM), сервера приложений EIT и РоС-клиента на терминале пользователя.

Коммерческое обоснование IMS

Для конечных пользователей IMS обеспечивает связь между двумя абонентами и между абонентом и контент-ресурсом в различных режимах (включая голос, текст, изображения и видео или любую их комбинацию) с максимальной персонализацией и контролем.

Горизонтальная архитектура IMS дает возможность операторам отойти от вертикального внедрения новых сервисов, уменьшая затраты и упрощая структуру традиционной сети с дублированием функций для биллинга, присутствия, управления группой и списком, маршрутизации и обеспечения.

Внедрение архитектуры IMS выгодно сегодня для операторов как стационарных, так и мобильных сетей. В перспективе IMS обеспечит безопасный переход к полномасштабной IP-архитектуре, которая будет удовлетворять потребности пользователей в новых усовершенствованных сервисах.

Используя IMS, операторы смогут сначала проверить возможности IP-мультимедиа, а затем принять соответствующие меры в отношении массового рынка мультимедийных IP-сервисов, в зависимости от рыночных и коммерческих потребностей.

Опираясь на концепцию горизонтальной архитектуры IMS, операторы смогут получить еще большую прибыль от многоуровневой архитектуры беспроводных и проводных сетей. Благодаря горизонтальной архитектуре с ее общими функциями многократного использования оператор может начать переход к полномасштабным IР-услугам.

IMS обеспечивает надежные возможности для предоставления привлекательных, легких в использовании, надежных и прибыльных мультимедийных услуг. Кроме того, IMS позволяет операторам осуществлять конвергенцию стационарных и мобильных сервисов.

Надо отметить, что IMS-сеть превосходит сети других типов по многим параметрам. Ключевым преимуществом IMS является то, что все перечисленные возможности реализуются на стандартизированной основе, обеспечивая таким образом функциональную совместимость между IMS-сетями и стационарными IP-сетями.

В дальнейшем операторы могут переходить к полномасштабным IP-ориентированным мультимедийным сервисам с многостанционным доступом. Переход к полномасштабным IP-услугам гарантирует операторам клиентские предпочтения при выборе провайдера голосовой связи, передачи данных, мультимедийных и прочих услуг. Это, в свою очередь, позволит операторам создавать новые сервисы и предоставлять их пользователям, а также даст возможность управлять финансовыми потоками посредством эффективной инфраструктуры бизнеса.