Мультимедийная подсистема на базе протокола IP

Архитектура IMS позволяет предоставлять мультимедийные услуги на универсальном оборудовании с использованием различных способов доступа. IMS предполагает создание единого мультисервисного оператора с полным набором базовых и инновационных услуг.

Основные свойства архитектуры IMS:

1 Многоуровневость – разделение уровней транспорта, управления и приложений;

2 Независимость от технологии сети доступа:

- фиксированные: телефонные, xDSL, волоконно-оптические, Ethernet

- мобильные (GSM/GPRS/EDGE, 3G/W-CDMA, CDMA2000)

- беспроводные (WLAN, WiMAX Wi-Fi и др.).

3 Поддержка мультимедийного персонального обмена информацией в реальном времени (например, голос, видео-телефония) и аналогичного обмена информацией между людьми и компьютерами (например, игры)

4 Полная интеграция мультимедийных приложений реального и нереального времени (например, потоковые приложения и чаты)

5 Возможность взаимодействия различных видов услуг

6 Возможность поддержки нескольких служб в одном сеансе или организации нескольких одновременных синхронизированных сеансов.

Методы управления качеством услуг (гарантии QoS) в IMS

• управление пропускной способностью

• управление очередями (приоритетами)

• управление маршрутизацией

• управление трафиком

• управление тарифами

Маршрутизация означает процесс определения маршрута передачи информации через сеть между источником (исходящим пунктом) и получателем (пунктом назначения). Таким образом, маршрутизация есть процесс распределения информационных потоков в сети связи. Оптимизация выбора маршрута позволяет увеличить объем пропускаемого трафика. Для оператора это означает возможность передать по сети максимальный объем трафика при требуемом качестве обслуживания.

Основные критерии выбора маршрута:

– Длина маршрута

– Надежность

– Задержка

– Ширина полосы пропускания

– Нагрузка

– Стоимость маршрута

Классификация трафика – способность агрегировать (сортировать) трафик по:

• типам приложений,

• физическим и сетевым адресам источников и получателей,

• портам коммутаторов.

В IMS применен новый подход к предоставлению услуг, позво­ляющий оператору внедрять услуги, созданные сторонними раз­работчиками или даже самим оператором, а не производителями телекоммуникационного оборудования. Это позволяет интегри­ровать различные услуги и предоставляет возможности персонализации и увеличения количества услуг. В качестве основного протокола взаимодействия отдельных компонентов IMS между собой – применяется протокол инициализации сеансов – SIP.

SIP – протокол инициализации сеансов — стандарт на способ установления и завершения пользовательского интернет-сеанса.

Уровневая архитектура IMS

• Транспортный уровень обеспечивает обработку и передачу мультимедийных данных.

• Уровень управления сеансами обеспечивает обработку сигналь-ной информации и управляет взаимодействием между различными сетями и уровнями.

• Уровень приложений и услуг обеспечивает предоставление услуг.

Каждый элемент IMS представляет собой не аппаратное или программное решение, а функцию.

Производители сами определяют:

• выделить для каждой функции отдельный узел,

• реализовать на одном узле несколько функций

• использовать для какой-то функции распределенные средства поддержки, работающие на нескольких узлах.

Упрощенная архитектура IMS (рис)

Уровень управления

Центральным элементом архитектуры IMS является контроллер сессий CSCF (Call Session Control Function) — система управления сеансами и маршрутизацией.

Он представляет со­бой SIP-сервер и обрабатывает SIP-сигнализацию в сети IMS.

Существует четыре типа CSCF:

• P-CSCF Proxy-CSCF — прокси- контроллер сессий

• I-CSCF Interrogating-CSCF— контроллер сессий взаимодействия

• S-CSCF Serving-CSCF — центральный контроллер сессий.

• E-CSCF Emergency-CSCF — контроллер обработки запросов на установление экстренных вызовов

S-CSCF — Центральный контроллер сессий – обеспечивает установление, изменение и разрыв сеансов связи. Это центральный узел сети IMS. Он обрабатывает все SIP-сообщения, которыми обмениваются терминалы.

S-CSCF выполняет следующие функции:

• произведение регистрации сеанса

• ассоциация SIP адреса с местонахождением абонента

• проверка SIP пакетов на корректность

• выбор сервера приложений в зависимости от типа услуги

• маршрутизация SIP сообщений

• передача SIP сообщений к другим управляющим устройствам сети IMS

• применение тарифной политики оператора

• генерация учётных тарифных записей

P-CSCF — посредник для взаимодействия с абонентскими терминалами. Основные задачи — аутентификация абонента и формирование учетной тарифной записи. P-CSCF Прокси-контроллер сессий является точкой входа в сеть, т.е. это элемент, с которым взаимодействует пользовательское оборудование.

• перенаправление на S-CSCF SIP запроса о регистрации полученной от абонентского терминала точки входа указанного домена

• перенаправление SIP ответа или запроса абонентскому терминалу

I-CSCF Контроллер сессий взаимодействия

• Определяет привилегии абонента по доступу к услугам, выбирает соответствующий сервер приложений.

• Обеспечивает взаимодействие с другими сетями IMS.

• Взаимодействует с SLF (локатор абонентских данных) для поиска HSS, содержащего профиль абонента.

Функция MRF делит­ся на две части:

• MRFC – Media Resource Function Controller Контроллер мультимедиа ресурсов

• MRFP – Media Resource Function Processor Процессор мультимедиа ресурсов

MRFC Используется для предоставления мультимедийных услуг и обработки медиаданных, основанных на микщировании медиапотоков. К таким услугам относятся конференцсвязь, системы автоответчиков, оповещение, перекодирование передаваемого сигнала и др. MRFC получает команды от S-CSCF посредством SIP протокола. MRFC управляет процессором MRFP при помощи протокола MEGACO в соответствии с информацией, полученной от сервера приложений AS и S-CSCF.

BGCF

Это SIP-сервер, управляющий пересылкой вызовов между доменом коммутации каналов и сетью IMS. Осуществляет маршрутизацию на основе телефонных номеров и выбирает шлюз в домене коммутации каналов, через который сеть IMS будет взаимодействовать с ТфОП или GSM.

Контроллер шлюза передачи мультимедийных данных MGCF

• Устройство управления транспортными шлюзами

• Применяется для взаимодействия с сетями коммутации каналов

• контролирует мультимедийные шлюзы сигнализации, отвечающие за преобразование сигнализации (ISUP или BICC в сообщения SIP).

• В некоторых случаях функцию преобразования сигнализации перекладывают на отдельный сигнальный шлюз IM-SGW.

• Посредством протокола H.248/Megaco контроллер MGCF управляет ресурсами медиашлюза IM-MGW.

HSS Сервер абонентских баз данных

HSS сервер домашних абонентов является базой пользовательских данных.

В сервере HSS содержится база данных о каждом пользователе и об услугах, задействованных абонентом: на какие услуги подписан пользователь, активизированы ли эти услуги, какие параметры управления были установлены пользователем.

SLF Локатор абонентских данных

Применяется, если имеется несколько HSS. В этом случае все запросы о профиле абонента адресуются к SLF, где хранятся данные соответствия между абонентом и сервером HSS, в котором хранится профиль данного абонента.

УРОВЕНЬ СЕРВИСОВ (УСЛУГ И ПРИЛОЖЕНИЙ)

Уровень представлен

• узлами служб (серверами AS)

• контентом (объёмом информации)

Справка: Контент - (от английского content - содержание) – это любое содержательное наполнение информационного ресурса

Уровень услуг и приложений IMS содержит набор серверов приложений (AS), которые не являются элементами IMS. Серверы приложений IMS в настоящее время представлены тремя типами серверов:

SIP AS, OSA-SCS, IM-SSF.

• SIP AS (SIP Application Server) – сервер приложений, служащий для выполнения мультимедийных услуг, базирующихся на протоколе SIP.

• I M-SSF (IP Multimedia – Service Switching Function) – сервер коммутации услуги, служит для соединения подсистемы IMS с услугами в системе приложений, а также управляющий IMS-сеансом.

• OSA AS (Open Service Architecture Application Server) –– открытая архитектура услуг серверов приложений.

• SCIM (Service Capability Interaction Manager) — менеджер взаимо-действия с серверами услуг. Менеджер SCIM является посредником между контроллером CSCF и серверами приложений AS.

• SCS (Service Capability Server) — посредник между серверами приложений OSA-AS и центральным контроллером S-CSCF.

Функции транспортного уровня

1 Классификация трафика – способность агрегировать (сортировать) трафик по:

• типам приложений,

• физическим и сетевым адресам источников и получателей,

• портам коммутаторов.

2 Соблюдение качественных показателей (QoS):

- пропускная способность

- задержка пакетов и джиттер

- потеря пакетов

- предотвращение перегрузок в сети

- управление перегрузками в сети

IMS обеспечивает услуги для всех типов традиционного и современного доступа. Для этого в технологию IMS был включен подуровень адаптации сетей доступа.

Преимущество архитектуры IMS в том, что к сети IMS можно подключить практически любую сеть доступа.

Взаимодействие единого ядра с разнотипными сетями доступа не только значительно сокращает расходы, но и позволяет предоставлять конвергентные услуги.

Транспортный уровень включает в себя:

- ядро транспортной сети

- пограничный подуровень

- уровень адаптации сетей доступа

Оборудование транспортного уровня делится на две группы:

• группа взаимодействия с сетями доступа;

• группа взаимодействия с сетями других операторов.

Элементы транспортного уровня

IBCF – функциональный элемент, отвечающий за безопасное взаимодействие с IP/IMS сетями других операторов. Выполняет функции брандмауэра.

IBCF обеспечивает оператору защиту своей сети от сторонних атак, а также удаление избыточной информации из пакетов, посылаемых во внешнюю сеть.

NASS - подсистема присоединения к сети. Это подсистема идентификации абонента и присвоения ему IP адреса. NASS обеспечивает регистрацию на уровне доступа и инициализацию абонентского оборудования. NASS также производит учёт сессий абонента.

RACS Подсистема контроля ресурсов. Это подсистема выделения ресурсов для каждой сессии и распределения ресурсов между различными абонентами.

Для взаимодействия с сетями коммутации каналов предназначены шлюзы IM-MGW и IM-SGW.

IM-MGW обеспечивает обработку и преобразование медиаданных, а также установление соединения с другими сетями для передачи медиаданных.

IM-SGW конвертирует сигнальный трафик.

Архитектура IMS предусматривает взаимодействие и с собственными абонентами PSTN. В этом случае задействуется AGCF контроллер шлюза доступа.

TrGW межсетевой пограничный шлюз, обеспечивающий взаимодействие с сетями IP/IMS, IPv4 и IPv6 других операторов.