stringtranslate.com

Подсистема IP-мультимедиа

Подсистема IP-мультимедиа или IP-мультимедиа-базовая сетевая подсистема ( IMS ) — это стандартизированная архитектурная структура для предоставления услуг IP -мультимедиа . Исторически мобильные телефоны предоставляли услуги голосовых вызовов по сети с коммутацией каналов , а не строго по сети с коммутацией пакетов IP. На смартфонах доступны различные технологии передачи голоса по IP ; IMS предоставляет стандартный протокол для всех поставщиков.

IMS изначально была разработана организацией по стандартам беспроводной связи 3rd Generation Partnership Project (3GPP) как часть видения развития мобильных сетей за пределами GSM . Его первоначальная формулировка (3GPP Rel-5) представляла собой подход к предоставлению интернет-услуг через GPRS . Это видение позднее было обновлено 3GPP, 3GPP2 и ETSI TISPAN, потребовав поддержки сетей, отличных от GPRS , таких как Wireless LAN , CDMA2000 и фиксированные линии.

IMS использует протоколы IETF везде, где это возможно, например, протокол SIP (Session Initiation Protocol ). Согласно 3GPP, IMS не предназначен для стандартизации приложений, а скорее для содействия доступу к мультимедийным и голосовым приложениям с беспроводных и проводных терминалов, т. е. для создания формы конвергенции фиксированной и мобильной связи (FMC). [1] Это достигается за счет наличия горизонтального уровня управления, который изолирует сеть доступа от уровня обслуживания . С точки зрения логической архитектуры, услуги не должны иметь собственных функций управления, поскольку уровень управления является общим горизонтальным уровнем. Однако при реализации это не обязательно приводит к большему снижению стоимости и сложности.

Альтернативные и пересекающиеся технологии доступа и предоставления услуг в проводных и беспроводных сетях включают комбинации сетей общего доступа , программных коммутаторов и «голого» SIP.

Поскольку становится все проще получать доступ к контенту и контактам с использованием механизмов, находящихся вне контроля традиционных операторов беспроводной/стационарной связи, интерес IMS оказывается под вопросом. [2]

Примерами глобальных стандартов на основе IMS являются MMTel , который является основой для Voice over LTE ( VoLTE ), Wi-Fi Calling (VoWIFI), Video over LTE (ViLTE), SMS/MMS через WiFi и LTE, Unstructured Supplementary Service Data (USSD) через LTE и Rich Communication Services (RCS), который также известен как joyn или Advanced Messaging, и теперь RCS является реализацией оператора. RCS также дополнительно добавил функциональность Presence/EAB (расширенная адресная книга). [3]

История

Некоторые операторы выступали против IMS, поскольку считали ее сложной и дорогой. В ответ на это в 2010 году была определена и стандартизирована урезанная версия IMS — достаточно IMS для поддержки голоса и SMS по сети LTE — как Voice over LTE (VoLTE). [6]

Архитектура

Обзор архитектуры 3GPP / TISPAN IMS
Обзор архитектуры 3GPP / TISPAN IMS – HSS на уровне IMS (согласно стандарту)

Каждая из функций на диаграмме поясняется ниже.

Подсистема IP-мультимедиа ядра сети представляет собой набор различных функций, связанных стандартизированными интерфейсами, которые группируются в одну административную сеть IMS. [7] Функция не является узлом (аппаратным блоком): разработчик может свободно объединять две функции в одном узле или разделять одну функцию на два или более узлов. Каждый узел также может присутствовать несколько раз в одной сети для определения размеров, балансировки нагрузки или организационных вопросов.

Доступ к сети

Пользователь может подключиться к IMS различными способами, большинство из которых используют стандартный IP. Терминалы IMS (такие как мобильные телефоны , карманные персональные компьютеры (КПК) и компьютеры) могут регистрироваться непосредственно в IMS, даже если они находятся в роуминге в другой сети или стране (посещаемая сеть). Единственное требование — они должны уметь использовать IP и запускать пользовательских агентов SIP. Поддерживаются фиксированный доступ (например, цифровая абонентская линия (DSL), кабельные модемы , Ethernet , FTTx ), мобильный доступ (например, 5G NR , LTE , W-CDMA , CDMA2000 , GSM , GPRS ) и беспроводной доступ (например, WLAN , WiMAX ). Другие телефонные системы, такие как обычная старая телефонная служба (POTS — старые аналоговые телефоны), H.323 и несовместимые с IMS системы, поддерживаются через шлюзы .

Основная сеть

HSS – Домашний сервер подписчиков:
Домашний сервер подписчиков (HSS) или функция сервера профилей пользователей (UPSF) – это главная база данных пользователей, которая поддерживает сетевые объекты IMS, которые фактически обрабатывают вызовы . Он содержит информацию, связанную с подпиской ( профили подписчиков ), выполняет аутентификацию и авторизацию пользователя и может предоставлять информацию о местоположении и IP-адресе подписчика. Он похож на домашний регистр местоположений GSM (HLR) и центр аутентификации (AuC).

Функция определения местоположения абонента (SLF) необходима для сопоставления адресов пользователей при использовании нескольких HSS.

Идентификаторы пользователей:
С IMS могут быть связаны различные идентификаторы: IP-мультимедийный частный идентификатор (IMPI), IP-мультимедийный публичный идентификатор (IMPU), глобально маршрутизируемый URI агента пользователя (GRUU), подстановочный публичный идентификатор пользователя. Как IMPI, так и IMPU не являются телефонными номерами или другими сериями цифр, а унифицированными идентификаторами ресурсов (URI), которые могут быть цифрами (Tel URI, например, tel:+1-555-123-4567 ) или буквенно-цифровыми идентификаторами (SIP URI, например, sip:[email protected]").

IP Multimedia Private Identity:
IP Multimedia Private Identity (IMPI) — это уникальный постоянно выделенный глобальный идентификатор, назначаемый оператором домашней сети. Он имеет форму идентификатора сетевого доступа (NAI), то есть user.name@domain, и используется, например, для целей регистрации, авторизации, администрирования и учета. Каждый пользователь IMS должен иметь один IMPI.

IP Multimedia Public Identity:
IP Multimedia Public Identity (IMPU) используется любым пользователем для запроса связи с другими пользователями (например, он может быть указан на визитной карточке ). Также известен как Address of Record (AOR). На один IMPI может быть несколько IMPU. IMPU также может быть общим с другим телефоном, так что с обоими можно будет связаться с помощью одного и того же идентификатора (например, один номер телефона для всей семьи).

URI глобально маршрутизируемого пользовательского агента:
URI глобально маршрутизируемого пользовательского агента (GRUU) — это идентификатор, который идентифицирует уникальную комбинацию IMPU и экземпляра UE . Существует два типа ГРУУ: общедоступное ГРУУ (P-GRUU) и временное ГРУУ (T-GRUU).

Подстановочный публичный идентификатор пользователя:
Подстановочный публичный идентификатор пользователя выражает набор IMPU, сгруппированных вместе.

База данных абонентов HSS содержит IMPU, IMPI, IMSI , MSISDN , профили услуг абонентов, триггеры услуг и другую информацию.

Функция управления сеансом вызова (CSCF)

Несколько ролей SIP-серверов или прокси-серверов, совместно называемых функцией управления сеансом вызова (CSCF), используются для обработки пакетов сигнализации SIP в IMS.

Серверы приложений

Серверы приложений SIP (AS) размещают и выполняют службы , а также взаимодействуют с S-CSCF с помощью SIP. Примером сервера приложений, который разрабатывается в 3GPP, является функция непрерывности голосового вызова (VCC Server). В зависимости от фактической службы AS может работать в режиме прокси SIP, режиме SIP UA ( агент пользователя ) или режиме SIP B2BUA . AS может быть расположен в домашней сети или во внешней сторонней сети. Если он расположен в домашней сети, он может запрашивать HSS с интерфейсами Diameter Sh или Si (для SIP-AS).

Функциональная модель

AS-ILCM (сервер приложений - модель управления входящей линией) и AS-OLCM (сервер приложений - модель управления исходящей линией) хранят состояние транзакции и могут опционально хранить состояние сеанса в зависимости от конкретной выполняемой услуги. AS-ILCM взаимодействует с S-CSCF (ILCM) для входящей линии, а AS-OLCM взаимодействует с S-CSCF (OLCM) для исходящей линии. Application Logic предоставляет услугу(ы) и взаимодействует между AS-ILCM и AS-OLCM.

Идентификация государственной службы

Идентификаторы общедоступных услуг (PSI) — это идентификаторы, которые идентифицируют услуги, размещенные на серверах приложений. Как идентификаторы пользователей, PSI принимает форму SIP или Tel URI. PSI хранятся в HSS либо как отдельный PSI, либо как подстановочный PSI:

Медиа-серверы

Функция медиаресурсов (MRF) обеспечивает функции, связанные с медиа, такие как управление медиаданными (например, микширование голосового потока) и воспроизведение тонов и объявлений.

Каждый MRF далее делится на контроллер функций медиаресурсов (MRFC) и процессор функций медиаресурсов (MRFP).

Media Resource Broker (MRB) — это функциональная сущность, которая отвечает как за сбор соответствующей опубликованной информации MRF, так и за предоставление соответствующей информации MRF потребляющим субъектам, таким как AS. MRB может использоваться в двух режимах:

Прорывной шлюз

Breakout Gateway Control Function ( BGCF ) — это SIP-прокси, который обрабатывает запросы на маршрутизацию от S-CSCF, когда S-CSCF определил, что сеанс не может быть маршрутизирован с использованием DNS или ENUM/DNS. Он включает в себя функциональность маршрутизации на основе телефонных номеров.

Шлюзы ТфОП

Шлюз PSTN/CS взаимодействует с сетями PSTN с коммутацией каналов (CS). Для сигнализации сети CS используют ISDN User Part (ISUP) (или BICC ) через Message Transfer Part (MTP), в то время как IMS использует SIP через IP. Для медиа сети CS используют импульсно-кодовую модуляцию (PCM), в то время как IMS использует Real-time Transport Protocol (RTP).

Медиа ресурсы

Медиа-ресурсы — это те компоненты, которые работают на медиа-плоскости и находятся под контролем основных функций IMS. В частности, медиа-сервер (MS) и медиа-шлюз (MGW)

NGN-взаимодействие

Существует два типа сетевых взаимосвязей следующего поколения :

Режим соединения NGN может быть прямым или косвенным. Прямое соединение относится к соединению между двумя сетевыми доменами без какого-либо промежуточного сетевого домена. Косвенное соединение на одном уровне относится к соединению между двумя сетевыми доменами с одним или несколькими промежуточными сетевыми доменами, действующими в качестве транзитных сетей. Промежуточный сетевой домен(ы) предоставляет(ют) транзитную функциональность двум другим сетевым доменам. Различные режимы соединения могут использоваться для передачи сигнализации сервисного уровня и медиатрафика.

Зарядка

Оффлайн-тарификация применяется к пользователям, которые платят за свои услуги периодически (например, в конце месяца). Онлайн-тарификация , также известная как кредитная тарификация, используется для предоплаченных услуг или контроля кредита в реальном времени для постоплатных услуг. Оба варианта могут применяться к одному сеансу.

Адреса функций тарификации — это адреса, распределенные между всеми субъектами IMS и обеспечивающие общее местоположение для каждого субъекта для отправки информации о тарификации. Адреса функций тарификации (CDF) используются для офлайн-биллинга, а адреса функции онлайн-тарификации (OCF) — для онлайн-биллинга.

Архитектура PES на основе IMS

PES на базе IMS (система эмуляции PSTN) предоставляет услуги IP-сетей для аналоговых устройств. PES на базе IMS позволяет устройствам без IMS отображаться в IMS как обычные пользователи SIP. Аналоговый терминал, использующий стандартные аналоговые интерфейсы, может подключаться к PES на базе IMS двумя способами:

Оба A-MGW и VGW не знают об этих услугах. Они только передают сигнализацию управления вызовами на терминал PSTN и с него. Управление сеансами и их обработка выполняются компонентами IMS.

Описание интерфейсов

Архитектура TISPAN IMS с интерфейсами

Обработка сеанса

Одна из важнейших функций IMS, позволяющая динамически и дифференцированно (в зависимости от профиля пользователя) запускать приложение SIP, реализована в виде механизма сигнализации «фильтрация и перенаправление» в S-CSCF.

S-CSCF может применять критерии фильтрации для определения необходимости пересылки SIP-запросов в AS. Важно отметить, что услуги для исходящей стороны будут применяться в исходной сети, в то время как услуги для конечной стороны будут применяться в конечной сети, все в соответствующих S-CSCF.

Первоначальные критерии фильтрации

Первоначальный критерий фильтра (iFC) — это формат на основе XML , используемый для описания логики управления. iFC представляют собой предоставленную подписку пользователя на приложение. Они хранятся в HSS как часть профиля подписки IMS и загружаются в S-CSCF при регистрации пользователя (для зарегистрированных пользователей) или по запросу на обработку (для услуг, действующих как незарегистрированные пользователи). iFC действительны в течение всего срока регистрации или до тех пор, пока не будет изменен профиль пользователя. [7]

В состав МФК входят:

Существует два типа МФЦ:

Аспекты безопасности ранних систем IMS и не-3GPP

Предполагается, что безопасность, определенная в TS 33.203, может быть недоступна в течение некоторого времени, особенно из-за отсутствия интерфейсов USIM / ISIM и преобладания устройств, поддерживающих IPv4 . Для этой ситуации, чтобы обеспечить некоторую защиту от наиболее существенных угроз, 3GPP определяет некоторые механизмы безопасности, которые неофициально известны как «ранняя безопасность IMS», в TR33.978. Этот механизм опирается на аутентификацию, выполняемую во время процедур сетевого подключения, которая связывает профиль пользователя и его IP-адрес. Этот механизм также слаб, поскольку сигнализация не защищена на интерфейсе пользователь-сеть .

CableLabs в PacketCable 2.0 , которая также приняла архитектуру IMS, но не имеет возможностей USIM/ISIM в своих терминалах, опубликовала дельты к спецификациям 3GPP, где Digest-MD5 является допустимым вариантом аутентификации. Позже TISPAN также предприняла аналогичные усилия, учитывая области своих фиксированных сетей, хотя процедуры отличаются. Чтобы компенсировать отсутствие возможностей IPsec, TLS был добавлен в качестве опции для защиты интерфейса Gm. Более поздние выпуски 3GPP включили метод Digest-MD5, по направлению к платформе Common-IMS, но в своем собственном и снова отличном подходе. Хотя все 3 варианта аутентификации Digest-MD5 имеют одинаковую функциональность и одинаковы с точки зрения терминала IMS, реализации на интерфейсе Cx между S-CSCF и HSS различны.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Технические характеристики групповых услуг и системных аспектов (2006), IP-мультимедийная подсистема (IMS), этап 2, TS 23.228 , проект партнерства третьего поколения
  2. Александр Харроуэлл, штатный автор (октябрь 2006 г.), A Pointless Multimedia Subsystem?, Mobile Communications International, архивировано из оригинала 2010-09-18
  3. ^ Чжао, Пэн; Вэй, Цюнь; Ся, Хайлунь; Цзэн, Чжиминь (2012), Тан, Хунхуа (ред.), «Новый механизм EAB в RCS» , Knowledge Discovery and Data Mining , Advances in Intelligent and Soft Computing, Берлин, Гейдельберг: Springer, стр. 247–254, doi :10.1007/978-3-642-27708-5_33, ISBN 978-3-642-27708-5, получено 2021-04-08
  4. ^ "Описания релизов 3GPP". 3GPP .
  5. ^ ab "Развенчание мифов о LTE". www.3gpp.org . Получено 08.04.2021 .
  6. ^ Ян Пул, редактор. «Что такое Voice over LTE, VoLTE».
  7. ^ ab "Спецификации 3GPP Этапа 2".

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки