Что такое ims телефония
IMS (электросвязь)
Содержание
Общие сведения
После того как идея передачи голоса посредством сетей с пакетной коммутацией и протокола IP увенчалась успехом, операторы всерьез задумались об изменении существующих телекоммуникационных сетей. Разработкой взаимодействия телекоммуникационных сетей с технологиями пакетной коммутацией занялась группа 3GPP. Появлением пакетного доступа в сотовых сетях принято считать 99 релиз 3GPP (3GPP R99) в котором появилась поддержка PS домена в существующих мобильных сетях на базе технологии GPRS. Но работы продолжались и уже в 4 релизе, коммутация абонентов лежала на программном коммутаторе SoftSwitch (R4 3GPP). Пятый релиз (R5 3GPP), ознаменовал появление архитектуры IMS, правда первоначально только в роли подсистемы предоставления мультимедийных услуг, но в дальнейшем (R5 3GPP) архитектура стала ключевой и коммутацию абонентов переключила на себя.
Изначально идеей построения мобильной сети на базе IP технологий занималась группа 3G.IP. Именно она разработала технологию GPRS, которая впоследствии положила начало разработке архитектуры IP сети.
Впоследствии была собрана рабочая группа 3GPP, которая и представила в 2001 году релиз 4 (первоначально названный Release 2000) в котором появились элементы ALL-IP архитектуры. Пятый релиз представил первоначальный вариант архитектуры названной IMS и добавилась технология высокоскоростной пакетной передачи данных (HSDPA). В шестом релизе в архитектуру IMS были введены изменения, а также появилась поддержка Wireless LAN сетей. Благодаря работе группы TISPAN, седьмой релиз 3GPP добавил поддержку фиксированных сетей.
Также в настоящий момент рабочей группой 3GPP2 разрабатывается поддержка технологии CDMA2000 в архитектуре IMS.
В качестве основного протокола был выбран протокол установления соединений (SIP). Важная особенность SIP — расширяемость, которая заключается в возможности дополнения протокола новыми функциями за счет добавления новых заголовков и сообщений, что позволяет добавлять новый функционал в сеть без смены протокола.
Базовыми элементами опорной сети архитектуры IMS являются:
TISPAN
Рабочая группа TISPAN доработала архитектуру от 3GPP, добавив элементы для взаимодействия с широкополосными сетями. Поддержка широкополосных сетей обеспечивается следующими элементами:
Что такое ims телефония
IMS – спецификация стандартной архитектуры по управлению мультимедийными услугами на основе IP-протокола для сетей следующего поколения (NGN), обеспечивающая конвергенцию услуг передачи речи и данных, предоставляемых различными поставщиками, через общую инфраструктуру IP-сети, а также через различные типы мобильных и фиксированных сетей доступа.
IMS – это концепция, касающаяся, в основном, услуг и приложений. Она дает возможность предоставлять единый унифицированный доступ к сервисам абонентам мобильных и фиксированных сетей через единую опорную сеть на базе протокола IP-MPLS.
Основная цель – конвергенция (объединение) услуг и работа по IP протоколу.
IMS (IP Multimedia Subsystem, мультимедийная IP-подсистема) – комплексное решение, которое в перспективе призвано заменить все существующие сети электросвязи. Ядро сети по технологии IMS основано на коммутации пакетов и обеспечивает транзит (обмен) трафика, независимо от его происхождения (голос, мультимедийные файлы, видео), т.е. работает с различными сетями доступа. На «входе» в сеть, независимо от «последней мили» (фиксированной или беспроводной), любой трафик преобразуется в IP, и затем платформа управляет потоками пакетов.
Отличие IMS ver 6 от NGN
— Предоставление сервисов организовано на контроле сессий
— Для взаимодействия используется только IP
— SOFTSWITCH – все построено на одной аппаратной платформе, на которой работают несколько софтовых приложений, определяющих различные функции архитетуры IMS
Архитектура IMS
Архитектура IMS определена в стандартах 3GPP (3rd Generation Partnership Project), Европейского института стандартов связи ETSI и Форума Parlay. 
схема проектируемой сети включает в себя следующее оборудование:
1) ядро IMS (Core IMS), состоящее из оборудования, реализующего функции:
а) управления сеансом (CSCF);
б) управления медиашлюзом (MGCF);
в) управления ресурсами мультимедиа (MRFC);
г) управления выбором сети (BGCF);
д) управления пограничным взаимодействием (IBCF);
е) управления шлюзом доступа (AGCF);
2) окружение IMS, состоящее из оборудования, реализующего функции:
а) процессора ресурсов мультимедиа (MRFP);
в) шлюза сигнализации (SGF);
г) пограничного шлюза (BGF);
д) подсистемы управления доступом и ресурсами (RACS);
е) сервера профиля пользователя (UPSF/HSS);
ж) определения местонахождения подписки (SLF);
з) учета данных для начисления платы (CCF);
и) взаимодействия (IWF);
к) подсистемы присоединения сети (NASS);
л) подсистемы эмуляции телефонной сети (PES);
м) подсистемы симуляции телефонной сети (PSS).
Уровень доступа
На этом уровне инициируется и терминируется сигнализация SIP, необходимая для установления сеансов и предоставления базовых услуг, таких как преобразование речи из аналоговой или цифровой формы в IP-пакеты с использованием протокола RTP (Realtime Transport Protocol). На этом уровне функционируют медиашлюзы, преобразующие базовые потоки VoIP в телефонный формат TDM.
Медиасервер предоставляет различные медиасервисы, в том числе конференц-связь, воспроизведение оповещений, сбор тоновых сигналов, распознавание речи, синтез речи и т.п.
На этом уровне функционируют медиашлюзы, преобразующие базовые потоки VoIP в телефонный формат TDM. Основным элементами является оборудование Уровня доступа СПД, через которое осуществляется подключение абонентов в ядру IMS (IAD, MSAN, DSLAM, OLT и др)
Уровень контроля сессиями
MRFC (Media Resource Function Controller) На данном уровне реализуются функции контроллера ресурсов мультимедиа (MRFC), в соединении с оборудованием, реализующим функции процессора ресурсов мультимедиа (MRFP), располагающимся на транспортном уровне, обеспечивают набор ресурсов в основной сети для поддержки услуг. MRFC интерпретирует информацию, приходящую от сервера приложений (AS) через S-CSCF и соответствующим образом управляет MRFP. MRFC, в соединении с MRFP, обеспечивают мосты для многосторонних конференций, выдачу уведомлений абоненту, транскодирование информации.
Второй по важности блок IMS — “мозг” системы — это абонентская база данных (Home Subscriber Server — HSS). В первом приближении HSS можно сравнить с используемым в сотовых сетях регистром HLR, в котором хранится информация об активных абонентах и их местонахождении. Однако функции HSS значительно шире. Это база данных с информацией не только по абонентам мобильных сетей, но и по абонентам сетей фиксированной связи (как уже говорилось выше, для IMS неважно, каким способом подключен абонент). В ней хранится информация о разнообразных предпочтениях абонента, например, по переадресации и фильтрации вызовов, оповещении и сообщениях голосовой почты, персональная адресная книга (buddy list) для рассылки сообщений и организации конференций. Также на сервере HSS есть все необходимые данные для учета доступности/статуса (presence) и местонахождения (location) абонента. Вместо устаревшего протокола Radius для взаимодействия между HSS и серверами CSCF используется протокол Diameter, стандартизованный организацией IETF. Помимо других усовершенствований, в Diameter предусмотрена поддержка функции тарификации, в том числе и для оказания популярных услуг с предоплатой (prepaid).
На схеме также показаны еще два важных элемента архитектуры IMS: отвечающие за управление медиашлюзами (Breakout Gateway Control Function — BGCF, или Media Gateway Control Function — MGCF) и обработку медиапотоков (Media Resource Function — MRF). Если к сеансу связи надо подключить абонента, находящегося в сети с коммутацией каналов (сеть сотовой связи или ТфОП), блок BGCF/MGCF обеспечивает доведение до нее соответствующей сигнальной информации. При необходимости он преобразует сигнальные сообщения из формата SIP в формат ISUP. Подобная функциональность типична для коммутаторов softswitch, но в архитектуре IMS она выделена в отдельный логический элемент.
Системы MRF обеспечивают обработку медиапотоков, передаваемых между серверами приложений и конечными устройствами. Их функции — проигрывание различных голосовых сообщений, транскодирование информационных потоков, “смешивание” речевых/видеопотоков в конференцию и т. п. Выполнение этих функций инициируется серверами CSCF напрямую или через серверы приложений. В заключение этого раздела отмечу, что на нашей упрощенной схеме показаны далеко не все элементы IMS, но основные имеются, и они кратко описаны выше.
Уровень приложений IMS
элементы уровня приложений и услуг в архитектуре коммутационной платформы IMS
1. Уровень приложений и услуг относится к верхнему уровню сетевой архитектуры IMS и предназначен для предоставления, обеспечения доступа и получения услуг как традиционной VoIP телефонии, так и мультимедийных услуг на базе IP и услуг интеллектуальных сетей.
2. Общая архитектура IMS соответствовует стандартам ETSI, 3GPP, TISPAN (не ниже 8 релиза) и включать на уровне услуг следующие функциональные компоненты:
a. Базу данных профилей абонентов:
Серверы приложений AS (Application Server):
• сервер приложений SIP(SIP AS), который обеспечивает реализацию услуг платформы IMS;
• сервер приложений телефонии (Telephony AS TAS), который выполняет роль SIP User-agent, обеспечивает базовые возможности по обработке вызовов, включая маршрутизацию, установление, ожидание и перенаправление вызовов, конференц-связь и другие традиционные услуги.
Сервер SCIM (Serviсe Capability Integration Manager), который обеспечивают взаимодействие серверов приложений с серверами управления вызовами и сеансами (CSCF).
© Белорусский Государственный Университет Информатики и Радиоэлектроники
IP Multimedia Subsystem (IMS)
Содержание
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.
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:
Предпосылки внедрения IMS
Консолидация операторов и возможность предоставления конвергентных услуг
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:
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:
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:
По итогам 2012 г. позиции основных производителей оборудования для IMS-сетей незначительно изменились. В частности, Alcatel-Lucent удалось оттеснить Genband со второго места. Лидером рынка по прежнему является компания Huawei.
Согласно данным опроса сервис-провайдеров, проведенного Infonetics Research в 2012 г., ключевыми драйверами внедрения IMS стало развертывание LTE-сетей, а также возможность предоставления на базе IMS конвергентых услуг и создание единого стандарта.
Сдерживающие факторы развития:
По данным Infonetics Research, продажи оборудования для IMS-сетей в 2011 г. выросли на 50%. Половина этого роста произошла за счет Северной Америки: драйвером выступил запуск сетей LTE американским оператором Verizon Wireless, который использовал IMS-платформу от NSN.
Voice over LTE (VoLTE)
Кратко об IMS
IMS (IP Multimedia Subsystem) – спецификация передачи мультимедийного содержимого в сетях электросвязи на основе протокола IP. Ее авторство принадлежит международному партнерству 3-d Generation Partnership Project (3GPP), объединившему European Telecommunications Standardization Institute (ETSI) и несколько национальных организаций стандартизации. IMS изначально разрабатывалась применительно к построению мобильных сетей 3-го поколения на базе протокола IP. В дальнейшем концепция была принята комитетом ETSI-TISPAN, усилия которого были направлены на спецификацию протоколов и интерфейсов, необходимых для поддержки и реализации широкого спектра услуг в стационарных сетях с использованием стека протоколов IP.
В настоящее время архитектура IMS рассматривается многими операторами и сервис-провайдерами, а также поставщиками оборудования как возможное решение для построения сетей следующего поколения и как основа конвергенции мобильных и стационарных сетей на платформе IP.
Принцип, на котором строится концепция IMS, состоит в том, что доставка любой услуги никаким образом не соотносится с коммуникационной инфраструктурой (за исключением ограничений по пропускной способности). Воплощением этого принципа является многоуровневый подход, используемый при построении IMS. Он позволяет реализовать независимый от технологии доступа открытый механизм доставки услуг, который дает возможность задействовать в сети приложения сторонних поставщиков услуг.
В Табл. 1 приведен перечень всех интерфейсов подсистемы IMS (включая интерфейсы взаимодействия с сетью доступа LTE), а на Рис. 1 показана общая архитектура сети.
Наименование
Объекты
Протокол
LTE user/control plane
CGF – billing system
Рис.1 (архитектура сети IMS):
Рассмотрим базовые элементы более подробно.
1. Call Session Control Function (CSCF) – функция управления сеансом связи
Существуют 4 различных типа CSCF – прокси CSCF (proxy CSCF – P-CSCF), обслуживающий CSCF (serving CSCF – S-CSCF), запрашивающий CSCF (interrogating CSCF – I-CSCF) и CSCF экстренных служб (emergency CSCF – E-CSCF).
Каждый CSCF выполняет свои специализированные задачи. Общая их роль заключается в участии в процессах регистрации абонентского терминала в сети, установления сессии и обеспечении механизм SIP маршрутизации.
Кроме того, все CSCF могут генерировать тарификационные данные и направлять их в функции offline тарификации.
a) Proxy Call Session Control Function (P-CSCF)
P-CSCF – является точкой входа пользователей в IMS. Весь сигнальный IMS трафик абонентский терминал (UE) направляет на P-CSCF. Аналогично весь сигнальный трафик, генерируемый сетью в направлении к UE – посылается через P-CSCF.
Существуют 5 уникальных задач, выполняемых P-CSCF:
SIP протокол является текстовым протоколом и включает большое кол-во заголовков, параметров, расширений и т.д. Учитывая текстовую основу протокола, размер SIP сообщений существенно превышает размер сообщений бинарных протоколов. Соответственно, для ускорения процедуры установления сессий необходима обязательная поддержка SIP компрессии между UE и P-CSCF. Режим компрессии включается P-CSCF в случае если UE индицирует необходимость этого.
Учитывая, что во многих сетях связи абонентские терминалы (UE) располагаются за NAT-ом, который модифицирует на сетевом уровне IP/port информацию всех пакетов, проходящих через него, возникает проблема, обусловленная тем, что классический тип NAT-ирования не принимает во внимание IP информацию на SIP и SDR уровнях. Действительно всеобъемлющий IMS доступ (возможность UE взаимодействовать с P-CSCF независимо от среды доступа) требует, чтобы IP информация в SIP/SDP и user plane соответствовала информации на сетевом (IP) уровне (из публичного пула IP адресации). Для модификации IP на уровне user plane P-CSCF управляет шлюзом сети доступа, который обеспечивает модификацию IP на уровне user plane.
Задача P-CSCF в этом случае – детектирование запроса экстренного вызова и выбор E-CSCF для обработки данного экстренного вызова.
b) Interrogating Call Session Control Function (I-CSCF)
I-CSCF является точкой в сети оператора для всех входящих соединений к абонентам данного оператора. Основная задача, выполняемая I-CSCF – назначение S-CSCF, основываясь на данных, полученных из HSS.
Назначение S-CSCF происходит при регистрации пользователя или в ситуации, когда незарегистрированный пользователь получает SIP request к сервису, относящемуся к незарегистрированному состоянию (например, voice mail).
c) Serving Call Session Control Function (S-CSCF)
S-CSCF является центральной точкой IMS. Он обеспечивает выполнение процедуры регистрации, принятие решение о маршрутизации, управление машиной состояний сессии, хранение профиля пользователя.
Когда пользователь посылает запрос на регистрацию, он в конечном итоге маршрутизируется к S-CSCF, который инициирует процедуру аутентификации и загружает профиль пользователя из HSS. Получив и верифицировав данные, S-CSCF подтверждает регистрацию, после чего пользователь может генерировать и принимать IMS запросы.
S-CSCF использует информацию, содержащуюся в пользовательском профиле, для принятия решения – когда и какую AS подключать при получении от пользователя SIP запроса. Кроме того, пользовательский профиль может содержать инструкции о типе медиа политик, которые S-CSCF должен применить. Например, он может индицировать, что пользователю доступны только аудио компоненты, при этом видео компоненты не доступны.
После получения S-CSCF запроса исходящей (UE-originated) или входящей (UE-terminated) сессии S-CSCF отвечает за принятие решений о его дальнейшей маршрутизации. Например, при получении запроса исходящей сессии (UE-originated) S-CSCF принимает решение – требуется ли ему подключать AS перед дельнейшей маршрутизацией запроса. После взаимодействия с AS S-CSCF либо продолжит сессию в IMS домене, либо переправит ее в другой домен (CS или IMS другого оператора). Если UE использует MSISDN для адресации вызываемой стороны, то S-CSCF преобразует MISISDN в SIP URI формат перед дальнейшей пересылкой, т.к. IMS не маршрутизирует запросы, основываясь на MSISDN номерах. Аналогично S-CSCF принимает все запросы, которые будут терминироваться в UE. Несмотря на то, что S-CSCF знает IP адрес UE (после процедуры регистрации) он маршрутизирует все запросы только через P-CSCF, т.к. P-CSCF может применять политики безопасности доступа.
Дополнительно S-CSCF может послать тарификационную информацию в OCS для обеспечения on-line тарификации.
d) Emergency Call Session Control Function (E-CSCF)
E-CSCF – это выделенная функциональность для обработки экстренных запросов – вызов полиции, пожарной бригады, скорой помощи.
Основная задача E-CSCF – выбрать соответствующий центр экстренных служб (public safety answering point – PSAP), в который должен быть перенаправлен поступивший запрос. Как правило, в качестве критерия выбора PSAP выступает местоположение пользователя и тип вызываемой службы.
2. Серверы приложений (Application Server – AS)
Строго говоря, серверы приложений (Application Server – AS) предоставляют услуги с добавленной стоимостью (value-added multimedia services) и не являются объектами IMS, т.к. располагаются в модели взаимодействия на вышележащем уровне. AS размещаются либо у оператора в домашней сети пользователя, либо у сервисного провайдера. Основные функции AS:
Предоставляемые услуги не ограничиваются только чистыми SIP сервисами. Оператор может предоставлять в т.ч. CAMEL (customized applications for mobile network enhanced logic) и OSA (open service architecture) сервисы для своих IMS абонентов в соответствии с 3GPP TS 23.228.
Таким образом, под AS будем понимать SIP AS, OSA service capability server (SCS) и CAMEL IP multimedia service switching function (IM-SSF).
С точки зрения S-CSCF элементы SIP AS, OSA SCS и IM-SSF представляют собой однотипные модули. Поскольку пользователь может иметь несколько сервисов, то может существовать и несколько AS в профиле каждого пользователя. В одну сессию может быть вовлечен один или несколько AS. Для примера, оператор может иметь одну AS для предоставления голосовых supplementary services (например, услуга переадресации всех входящих голосовых вызовов с 17:00 до 19:00 на голосовую почту) и другую AS для предоставления услуги voice call continuity (handover VoLTE в 2G/3G CS call).
3. Контролер и Процессор мультимедийных ресурсов (Media Resource Function Controller – MRFC, Media Resource Function Processor – MRFP)
4. Функция взаимодействия IMS и домена с коммутацией каналов (CS)
Для направления вызова в домен с коммутацией каналов (CS домен) S-CSCF пересылает SIP запрос к BGCF, который осуществляет выбор соответствующего CS домена. При этом CS домен может быть выбран как на текущем узле (в соответствии с местонахождением пользователя, совершившего вызов), так и в другой сети. Если CS домен выбирается в другой сети – BGCF направляет запрос BGCF данной сети. Далее от BGCF запрос направляется в MGCF. Описанная опция позволяет маршрутизировать сигнальный и медиа поток по сети IMS максимально близко к вызываемому абоненту.
Когда SIP запрос достигает MGCF он выполняет преобразование протоколов (SIP протокол с одной стороны и ISDN user part – ISUP с другой) после чего – посылает конвертированный сообщение в SGW CS домена. SGW выполняет двухстороннее преобразование транспортного уровня сигнализации (SIGTRAN IP/SCTP/MxUA с одной стороны и SS7 MTP с другой стороны). SGW не обрабатывает уровень приложений (application level) сигнализации (ISUP). На Рис. 2 SGW является частью IM-MGW.
MGCF также осуществляет управление IM-MGW. IM-MGW обеспечивает user-plane линк между IMS и CS доменами. Он терминирует TDM каналы CS домена с одной стороны и медиа поток IMS домена с другой; выполняет их преобразование, транскодирование (при необходимости) и обработку пользовательской сигнализации.
В дополнение IM-MGW может генерировать тональные сигналы и анноунсементы пользователям в CS домене.
Сигнализация, относящаяся к входящим вызовам из CS домена (ISUP) в направлении к IMS пользователям направляется в MGCF, где выполняется ее преобразование в SIP запросы, которые далее направляются в I-CSCF для терминирования.
5. Функция взаимодействия с SMS
IP short message gateway (IP-SM-GW) соединяет наиболее распространенную технологию мобильного обмена сообщениями SMS с IMS мессажингом. Когда SMS посылается к IMS пользователю – SMS маршрутизируется по сети сигнализации SS7 к IP-SM-GW, который помещает полученную SMS в качестве контента специального типа в SIP MESSAGE и направляет его в S-CSCF для дальнейшей маршрутизации. Это позволяет доставлять SMS сообщения пользователям, которые зарегистрированы не в 3GPP мобильных IP сетях (Wi-Fi, WiMAX), а также может рассматриваться как альтернатива традиционным методам доставки SMS сообщений (CS, GPRS).
IP-SM-GW также позволяет доставлять SMS в обратном направлении (от абонентов IMS сетей пользователям CS 2G/3G сетей). Когда IMS абонент отправляет SIP сообщение, содержащее SMS как специальный тип контента (special content type), IP-SM-GW извлекает его и направляет в SMS центр (SMSC) для дальнейшей доставки по сетям SS7. Данный тип взаимодействия позволяет предоставлять все существующие SMS услуги (в т.ч. услуги с дополнительной оплатой) абонентам, зарегистрированным в IMS сетях. Эта функциональность называется SMS over IP (3GPP TS 23.204).
Дополнительно IP-SM-GW может поддерживать «родной» (native) сервис взаимодействия между SMS и SIP-based аппликациями. При этом SMS конвертируется в native SIP запрос и со стороны IMS UE не требуется поддержка SMS технологии.
Существует ограничивающий фактор, который нужно принимать во внимание, а именно – размер SIP сообщения (RFC3428) должен быть как минимум на 200 байт меньше MTU (maximum transmission unit). Если IP-SM-GW принимает сцепленное (concatenated) SMS сообщение (группа сообщений стандартной длины, вместе формирующих одно сообщение большой длины) и размер SIP MESSAGE превышает возможный лимит, IP-SM-GW должен использовать сессионный режим (session mode).
Сессионный режим предполагает изначальную установку сессии между IMS UE и IP-SM-GW, для чего IP-SM-GW посылает SIP INVITE. Как только сессия установлена MSRP протокол (message session relay protocol) используется для доставки сообщения IMS UE.
6. Функция взаимодействия между IMS сетями различных операторов связи
Функция взаимодействия между IMS сетями различных операторов связи реализуются посредством функционального модуля управления пограничным взаимодействием (Interconnection Border Control Function – IBCF) и транзитного шлюза (Transition Gateway – TrGW). Решаются следующие задачи:
7. Шлюз доступа IMS (IMS-AGW – Access Gateway)
Для решения данной задачи P-CSCF содержит функционал SIP ALG (application level gateway), который обеспечивает управление IMS-AGW. SIP INVITE запрос от UE с приватным IP адресом достигает P-CSCF, функционал ALG которого назначает публичный IP адрес, привязывает его к SIP сессии, выполняет NAT-ирование (замену приватных IP адресов на всех протокольных уровнях, включая IP, SIP, SDP), осуществляет его дальнейшую маршрутизацию и информирует шлюз доступа о созданной связке. При поступлении медиа потока между двумя абонентскими терминалами (UE) шлюз доступа будет осуществлять NAT-ирование RTP пакетов в/из публичного/частного адресного пространств.
8. Шлюз безопасности (Security Gateway – SEG)
Шлюз безопасности размещается на границе доменной зоны оператора и обеспечивает его защиту. Весь междоменный трафик должен в обязательном порядке проходить через SEG. SEG обеспечивает конфиденциальность, контроль целостности данных (data integrity) и аутентификацию в соответствии с 3GPP TS 33.203.
LRF ассистирует E-CSCF в обработке IMS экстренных вызовов путем предоставления информации о местоположении абонентского терминала (UE), инициировавшего экстренный вызов, которая используется для выбора экстренной службы (PSAP), куда сессия должна быть перенаправлена. Для получения информации о местонахождении пользователя LRF может иметь встроенный location server или иметь функционал GMLC (gateway mobile location center) – интерфейс к внешнему location server.
Для выбора соответствующего PSAP – LRF может содержать функцию RDF (routing determination function), которая используется для выбора адреса PSAP на основании информации о местоположении пользователя.
LRF может обеспечивать поддержку и других локальных регуляторных параметров, таких как emergency service routing number, location number, PSAP SIP URI, PSAP TEL URI.
10. Расширенный мобильный центр коммутации – Enhanced MSC Server (eMSS)
eMSS представляет из себя MSC сетей 2G/3G, который обладает функциональностью P-CSCF в направлении IMS.
При регистрации пользователя в сети 2G/3G eMSS выполняет от имени пользователя регистрацию в IMS домене, что позволяет пользователю CS сети, не имеющему доступа в пакетную сеть, получить доступ к IMS услугам.
Когда пользователь совершает исходящий CS вызов (mobile originating call) eMSS конвертирует legacy CS вызов в запрос IMS сессии и направляет его на IMS систему. Аналогично, когда кто-либо совершает вызов к пользователю, обслуживаемому eMSS, входящий вызов (mobile terminating call) маршрутизируется на IMS платформу, выполняющую установленную процедуру управления входящим вызовом, включая HSS interrogation, и переправляющую SIP запрос на eMSS, который в свою очередь конвертирует протокол управления IMS сессией в протокол управления CS вызовом.
eMSS позволяет предоставлять услугу, действительно независимую от типа доступа (CS, IP-CAN, legacy), поскольку предоставление услуги всегда обеспечивается IMS платформой. Это обеспечивает возможность пользователям мигрировать из 2G/3G CS сетей в IMS и обратно.
11. Функция управления шлюзом доступа – Access Gateway Control Function (AGCF)
AGCF – представляет из себя точку входа для пользователей PSTN/ISDN сетей (аналоговые и ISDN телефоны). Он выполняет следующие функции:
С точки зрения IMS платформы AGCF выглядит как P-CSCF и обеспечивает соответствующий функционал (управление процедурой SIP регистрации и пр.).
12. Функции тарификации
Необходимая для тарификации информация собирается функциями тарификации различных модулей IMS из SIP запроса. При этом возможна online тарификация (в этом случае функция тарификации запрашивает разрешение у биллинговой системы на обработку SIP запроса) и offline тарификация (в этом случае функция тарификации всегда позволяет обработку SIP запроса, отправляя собранную тарификационную информацию в биллинговую систему для формирования CDR записей).
В зависимости от конфигурации IMS возможны различные схемы тарификации различных сервисов. При этом управление логикой тарификации осуществляется на основе срабатывания тех или иных триггеров. Триггерами могут быть:
Функции тарификации всех IMS модулей, а также модулей доступа могут взаимодействовать с offline модулем тарификации (offline charging entity – CDF), используя diameter-based Rf интерфейс (3GPP TS 32.299).
На основе информации, полученной из функциональных блоков тарификации всех IMS модулей, CDF создает CDR записи, которые переправляются в шлюз тарификации (charging gateway function – CGF) через Ga интерфейс (3GPP TS 32.295). Далее CGF обрабатывает полученные CDR и переправляет их в биллинговую систему используя Bх интерфейс (3GPP TS 32.240).
Prepaid сервисам необходима online тарификация. Это означает, что IMS сеть должна запрашивать OCS перед авторизацией пользователя на использование того или иного сервиса. OCS ответственен за контроль в реальном времени счета пользователя, авторизацию пользователя на использование сервиса и списание баланса со счета пользователя за полученные услуги. Только три IMS модуля (S-CSCF, AS, MRFC) взаимодействуют с OCS, используя интерфейс Ro. Кроме IMS модулей с OCS могут взаимодействовать не IMS модули. В частности, SGSN использует CAMEL application part (CAP). В дополнении к credit control (тарификация в on-line) OCS может создавать CDR записи подобно CGF.
13. Функция домашнего сервера местоположения (Home Subscriber Server – HSS)
HSS является хранилищем абонентских данных и данных, связанных с услугами. Он содержит функциональность центра аутентификации (AUC), LTE функциональность (SAE-HSS), GSM/UMTS функциональность (HLR), IMS функциональность (IMS-HSS), функциональность репозитория данных для управления тарификацией и политиками качества (SPR). Также HSS может использоваться для хранения данных серверов приложений (AS).
PCRF отвечает за формирование политик качества и управление тарификацией, основываясь на сессионной информации, полученной из P-CSCF.
Установление сессии в IMS обеспечивается обменом сигнальными сообщениями, используя SIP и SDP, включая согласование медиа характеристик (кодеков, IP адресов, номеров портов). Если оператор использует на своей сети PCRF, P-CSCF переправляет ему необходимую SDP информацию, на основании которой он создает политики и правила тарификации, а также авторизует IP потоки соответствующих медиа компонентов, мапируя данные SDP на IP QoS параметры для шлюза сети доступа, например, P-GW/PCEF.
Основываясь на доступной информации, PCRF применяет сформированные PCC политики и правила тарификации на шлюзе сети доступа (P-GW/PCEF), создает и модифицирует виртуальные соединения для переноса медиа-трафика (EPS bearer). В дополнение, PCRF принимает события с транспортного уровня, например, при потере радио-соединения, информируя об этих событиях P-CSCF, который в использует полученную информацию при формировании тарификационных данных и закрытии IMS сессии от имени пользователя.
Кроме того, PCRF может использоваться для обмена тарификационными идентификаторами, которые позволяют оператору коррелировать CDR, сгенерированные сетью доступа и сетью IMS; доставлять в сеть доступа метод тарификации (длительность, объем, оба); информацию rating group; команды активации on-line / off-line тарификации; адреса on-line / off-line систем тарификации; требуемый уровень отчетности, базирующийся на сервисе и rating-group.