IMS (IP multimédia alrendszer) - opti.tmit.bme.huopti.tmit.bme.hu/~cinkler/HSzA/2012tavasz/HSzA2012_12ea_IMS.pdf · IP Multimedia Subsystem From Wikipedia, ... runs over the standard

IMS

(IP multimédia alrendszer)

Varga Pá[email protected]

BME Távközlési és Médiainformatikai Tanszék

Thx: Vidács A., Szabó S., Zainkó Cs.

2

Tartalom

• 2G - 2.5 G – 3G ------

• IMS definíciók(?)

• SIP – Session Initiation Protocol

• IMS architektúrák – változatok egy témára...

• Felhasználói és szolgáltatói igények

• => megoldás?: IMS – IP multimédia alrendszer

• Milyen problémát old meg az IMS?

• IMS szabványok, egyszerősített architektúra

• Az IMS architektúra komponensei

• Fix-mobil konvergencia

• Az IMS evolúciója

3

UMTS Architektúra R99

4

UMTS Architektúra fejlıdése - R4

5

UMTS Architektúra R5 – az IMS

megjelenése

6

IMS architektúra [Clinton M. Banner]

7

IMS definíció(?)

IP Multimedia Subsystem

From Wikipedia, the free encyclopedia

„The IP Multimedia Subsystem (IMS) is a

standardised Next Generation Networking (NGN)

architecture for telecommunication operators that

want to provide mobile and fixed multimedia services.

It uses a Voice-over-IP (VoIP) implementation based

on a 3GPP standardised implementation of SIP, and

runs over the standard Internet Protocol (IP). Existing

phone systems (both packet-switched and circuit-

switched) are supported.”

…

„On the other hand, there are divided opinions about its

capability and utility.”

8

SIPSIP

From Wikipedia, the free encyclopedia

„The Session Initiation Protocol (SIP) is an

application-layer control (signaling) protocol for

creating, modifying, and terminating sessions with one

or more participants.”

„In November 2000, SIP was accepted as a 3GPP

signaling protocol and permanent element of the IMS

architecture.”

„It is widely used as a signaling protocol for Voice

over IP, along with H.323 and others.”

9

SIP

• Session Initiation Protocol (SIP)– Széles körben használt protokoll az interneten IP alapú telefónia,

konferencia és multimédia alkalmazások esetében.

– A legtöbb népszerő VoIP alkalmazás is SIP-et használ.

– Alkalmazás réteg-beli vezérlı (jelzés) protokoll egy- vagy többrésztvevıs hívás felépítéséhez, módosításához és lezárásához.

– Az alap SIP funkciókat az IETF RFC 3261 definiálja.

• Az IMS-en belül a SIP a felhasználói regisztrációk és a session-menedzsment protokollja.

• Több IMS specifikus speciális SIP funkcionalitást is definiál az IETF.

10

SIP hívásmodell• SIP üzenetek segítségével építhetı fel,

tartható karban és bontható le egy hívás a hívó és hívott között.

• A SIP szerver (proxy) felelıs a SIP üzenetek továbbításáért a két végpont között.

• A SIP üzenetek a vezérlési síkon(Control Plane) haladnak.

• A média-forgalom (hang, videó, adat) a média síkon (Media Plane) történik.

• A média sík elemei lehetnek pl. az átjárók, média szerverek és hangposta szerverek.

• A vezérlési és média síkok az IMS architektúra kulcselemei!

1 2ABC

3DEF

4 5JKL

6MNOGHI

7 8TUV

9WXYZPQRS

* 0OPER

#

7910CISCO IP PHONE

i

messages directories

sett ingsservices

11

Felhasználók igényei

• A felhasználók már hozzászoktak ahhoz, hogy különféle csatornákon is hozzáférhetnek információhoz, szórakozáshozés egyéb tartalom-gazdag szolgáltatásokhoz.

• Többféle intelligens, kommunikációra képes készülékkelrendelkeznek.

• Egyre inkább individualisták, függetlenek, jól informáltak, és örömmel fogadnak minden olyan szolgáltatást, ami érzelmeiket tekintve rokonszenves számukra, vagy kielégítik gyakorlati szükségleteiket.

• „Többet” szeretnének, lehetıleg olcsóbban

• Szeretnének mindig, mindenhol, mindenkivel kapcsolatban lenni, a lehetı legkielégítıbb módon.

12

Felhasználók igényei (2)

• Az új szolgáltatásoknak természetesnek és intuitíven használhatóknak kell lenniük.

• A hozzáférési technológiától, az eszköztıl és helytıl független, konzisztens élményt várnak.

• Egyszerően azt várják, hogy a szolgáltatás mindig mőködjék, függetlenül attól, hogy ık és a másik fél esetleg nem ugyanannál a szolgáltatónál vannak.

• Biztonságos szolgáltatást szeretnének, és garanciát arra, hogy jogosulatlanul senki nem férhet hozzá a személyes adataikhoz.

13

Operátorok igényei

• Az operátorok keresik a gyors és rugalmas megoldást, hogy reagálhassanak az új üzleti lehetıségekre.

• Azaz: szeretnék a felhasználói igényeket kielégíteni.

• Mivel az elıfizetıi penetráció sok esetben a telítıdés küszöbén van, az elıfizetık megtartása a cél, tipikusan „jobb”, „több”, személyre szabott szolgáltatás nyújtásával.

• A felhasználók széles rétegeinek eléréséhez (mass market) szabványosított megoldások szükségesek, amelyek lehetıvéteszik a hálózatok és terminálok közötti együttmőködést.

14

Egy életszerő(?) példa

• Anna a reptérrıl a város felé utazva egy taxiból felhívja kollégáját,

Andrást a mobilján egy fontos projekt ügyében. Anna bekapcsolja a

videó módot a telefonján, hogy megmutassa pontosan mire is gondol.

András a képeket a mobilján nézi, miközben beszélgetnek. Rájönnek,

hogy segítségre van szükségük az irodában dolgozó kollégáiktól. Anna

kiválasztja a projekt-tagok listáját a telefonján, és megnézi jelen

pillanatban ki elérhetı, és kezdeményez egy push-to-talk csoporthívást.

János és Péter válaszolnak.

Mikor Anna megérkezik a szállodájába, bekapcsolja laptopját, és

meghívja Andrást, Jánost és Pétert egy videokonferenciára. János

megnyit egy diasorozatot, és megosztja kollégáival.

A videokonferencia kezdetekor András még útban van az irodája felé, és

mobiltelefonjáról kapcsolódik be. Amint beér az irodába, átvált az

asztali munkaállomásra.

15

A példa IMS vonzata

• A hagyományos telefonhívás videóval bıvül (multimédia szolgáltatások).

• Anna mozgása során operátort vált, de ennek nincs hatása a szolgáltatásra. Eléri ugyanazokat a szolgáltatásokat helytıl függetlenül (interoperability).

• Anna kapcsolat-listája mindig rendelkezésére áll (jelenlét és csoport menedzsment).

• A szolgáltatás nem terminál vagy hozzáférési mód függı(konvergencia).

16

További IMS szolgáltatás példák

• Push-to-Talk cellás hálózatokban (PoC)

• Valós idejő videó megosztás– peer-to-peer multimédia folyam

• Interaktív alkalmazások– Interaktív játékok

– Megosztott mappák

• Instant Messaging

• Hangüzenetek (Voice Messaging)

• IMS alapú hang- és videótelefon

• Videó-konferencia

• „Az IMS a felmerült felhasználói és

szolgáltatói igények kielégítésére hivatott.”

17

Milyen problémát old meg az IMS?

• Különféle eszközök a saját egyedi hálózatukhoz csatlakoznak, saját hozzáférési technológiával.

• Minden hálózat elkülönült elıfizetıi és információs adatbázist használ, nincs közös adattár.

• A független hálózatok között a kommunikációt átjárók biztosítják.

• A különbözı eszközöket birtoklófelhasználó esetében– Az intelligens eszközöket lokálisan

kell konfigurálni;

– Az egyszerő végberendezéseknek különféle, elkülönülten menedzselt szerverekhez kell csatlakozniuk.

PSTN

PLMN

Cell

Mobile Handset

WiFi

Access PointWireless PDA

Wireless PC

With VoIP Client

WiFi

Access Point

`

Wired PC with VoIP Client

POTS

1 2ABC

3DEF

4 5JKL

6MNOGHI

7 8TUV

9WXYZPQRS

* 0OPER

#

7910C ISCO IP PHONE

i


settingsservices

IP Network

Wired VoIP Phone

Gateway Interfaces

Gateway Interfaces

Gateway Interfaces

pre-IMS:

18

Az IP alapú szolgáltatások kontrollálása az

IMS-ben

• Az IP hálózat a végpontok között szabad kommunikációt tesz lehetıvé

• Az IMS vezérli a SIP kapcsolatokat

19

IMS megoldás

1 2ABC

3DEF

4 5JKL

6MNOGHI

7 8TUV

9WXYZPQR S

* 0OPER

#

7 910CISCO IP PHONE

i


sett ingsservices

Gateway Interfaces

Gateway Interfaces

PSTN

PLMN

Cell

Mobile Handset

WiFi

Access PointWireless PDA

Wireless PC

With VoIP Client

WiFi

Access Point

`

Wired PC with VoIP Client

POTS

1 2ABC

3D EF

4 5J KL

6MNOGHI

7 8TUV

9WXYZPQRS

* 0OPER

#

7 910CISCO IP PHONE

i

mess ages di rec tories

s ettingss erv ic es

IP Network

Wired VoIP Phone

Gateway Interfaces

pre-IMS

20


• A konvergencia-probléma feloldása:– Egy központi entitás használata, amely képes a szolgáltatások és jellemzık

menedzselésére minden eszköz és minden hozzáférési technológia esetében.

• Az elsı IMS megoldások az IP és PLMN (Public Land Mobile Network) hálózatok konvergencia-problémájára születtek meg.– Az IMS egy maghálózatot definiál;

– szolgáltatás közvetítést biztosít;

– elıfizetıi profil-menedzsmentet végez többféle végberendezésen;

– egységes „alkalmazás-élményt” biztosít IP képes készülékeken.

21


• Példa:– A felhasználó ugyanazt a telefonkönyvet

látja a PDA-ján, WiFi laptopján és PC alapúVoIP telefonján.

– Amikor beállítja jelenléti státuszát, ez az összes eszközén ez egyszerre elvégezhetı.

– Egy bejövı hívás esetében a hívás ráirányítható az összes eszközre, vagy adott eszközökre sorrendben a felhasználóbeállításai alapján.

• Egy felhasználó összes eszköze egy konvergált megoldás része.

22

IMS szabványok

• Az IMS-t szabványok definiálják.

• 3GPP:– Az alap IMS komponensek definiálása,

az IMS-t a 3G vezetéknélküli környezet részeként definiálja.

– Specifikációk az UMTS rendszerhez.

• 3GPP2:– Specifikációk a CDMA 2000 rendszerhez.

• IETF (SIP, SIMPLE, SHIPPING working groups)– Protokollok definíciói a hálózati elemek kommunikációjához.

• ETSI/TISPAN (Telecommunications and Internet Converged Services and Protocols for Advanced Networking)

– Vezetékes szélessávú hálózatokhoz is.

• OMA (Open Mobile Alliance)– Fıleg alkalmazások definiálása az IMS architektúrára épülve

pl: Push-to-Talk, üzenetküldés és jelenlét, ...

23

IMS architektúra [Huawei]

24

IMS architektúra [IBM]

25

(Egyszerősített) IMS architektúra komponensei

• HSS:Home Subscriber Service

• CSCFs:Call Session Control Functions

• P-CFCS, S-CSCF, I-CSCF:Proxy-, Serving-, Interrogating-CSCF

• BGCF:Breakout Control Gateway Function

• MGCF:Media Gateway Controlling Function

• MGW:Media Gateway

• MRFC:Media Resource Control Function

• MRFP:Media Resource Control Processor

26

IMS

UTRAN

SGSN GGSNUE

PS tartomány

IMS Architektúra és az egyes elemek funkciói

I-CSCF

Go Gi

I-CSCF

P-CSCFS-CSCF

Mw

HSS

Cx

Cx

Más IP/

IMS hálózat

Mm

A CSCF ( Call Session Control

Function) a kapcsolat vezérlésért

felelıs, három típusa van:

•P-CSCF (Proxy CSCF)

•S-CSCF (Serving CSCF)

•I-CSCF (Interrogating CSCF)

A csomagkpacsolt

hozzáférési hálózat (PS)

biztosítja az IP hordozó

szolgáltatást, ami az IMS

eléréséhez szükséges.

A HSS (Home

Subscriber Service)

tartalmazza az

elıfizetık IMS service

profilját .

S-CSCF köt össze külsı IP

hálózatokkal és más IMS

hálózatokkal

Gi

Forgalom

Jelzés/vezérlés

27

IMS architektúra komponensei

• HSS (Home Subscriber Service)– Az egyik kulcskomponens.

– Központosított vezérlési és menedzsment pont, amely a felhasználóeszközeit, preferenciáit és jellemzıit kezeli.

– Tudja, milyen eszközökkel rendelkezik a felhasználó, ezek közül melyek regisztráltak a hálózatba, és hogyan érhetık el.

– Egy jelenlét alkalmazással kombinálva nagyon hatékony!

• Példa: – 8 és 15 óra között a hívások a munkahelyi VoIP terminálra irányítottak.

– Esti hívások az otthoni telefont csörgetik meg.

– Utazás közben a hívások a mobiltelefonon végzıdnek.

– Egy tárgyalás alatt minden hívás a hangpostára megy.

28


• CSCF (Call Session Control Functions)– Egy IMS hálózatban az IP képes eszközök egy SIP proxy-n történı

regisztrációval válhatnak aktívvá.

– A SIP proxy számon tartja, hogy az eszköz érvényesített-e, és hogy melyik felhasználóhoz tartozik.

– A hívásvezérlı SIP proxy-k neve az IMS-ben: CSCF-ek.

– Minden kommunikáció az elıfizetı eszközei és a CSCF-ek között a kontroll síkon zajlik.

• Az IMS modell háromféle CSCF-et definiál:– Proxy-CSCF (P-CSCF)

– Serving-CSCF (S-CSCF)

– Interrogating-CSCF (I-CSCF)

29


• Proxy-CSCF (P-CSCF)– Minden eszköz összes kontroll sík forgalma a P-CSCF felé irányul.

– Hogy pontosan melyik P-CSCF-nek, az a fizikai IP hálózattól függ, amelyhez az eszköz csatlakozik.

• Serving-CSCF (S-CSCF)– Hívásvezérlést és alkalmazás támogatást biztosít a felhasználónak.

– Amikor egy eszköz regisztrál, a P-CSCF továbbítja a regisztráció kérést a releváns S-CSCF-nek.

– Az S-CSCF a HSS-ben tárolt információk alapján hitelesíti a készüléket, és meghatározza, hogy milyen szolgáltatások és preferenciák tartoznak hozzá.

– Tartalmazhat specializált alkalmazás szervereket is (pl. jelenlét, üzenetküldés, ...)

30


• Interrogating-CSCF (I-CSCF)– Akkor van szükség rá, amikor egy eszköz elsı ízben regisztrál, és a P-

CSCF nem tudja meghatározni, hogy melyik S-CSCF-nek továbbítsa a kérést.

– Az I-CSCF lekérdezésével meghatározható a felhasználó/eszközhöz tartozó S-CSCF.

31


• Ha egy IMS hívás (session) kilép az IMS doménbıl (pl. PLMN vagy PSTN hívások), vezérlési és jelzési átjáró funkciókra is szükség van a hálózatban.

• Az átjáró funkcionalitást megvalósító IMS komponensek:– BGCF: Breakout Control Gateway Function

– MGCF: Media Gateway Controlling Function

– MGW: Media Gateway

32


• BGCF: Breakout Control Gateway Function– Az S-CSCF SIP-et használva kommunikál a BGCF-fel.– A BGCF azonosítja a megfelelı MGCF-et és MGW-t amelyek az adott

hívás támogatását végzik majd.– Akkor szükséges, amikor egy hívás kilép (Breaks Out) az IMS

környezetbıl.

• MGCF: Media Gateway Controlling Function– Átalakítja a vezérlési sík-beli információkat az IMS oldalon a

PLMN/PSTN-ben használt jelzésekké, valamint fordídott irányban is megteszi ugyanezt.

– Az MGCF valójában egy kontroll sík-beli átjáró.

• MGW: Media Gateway– Interfész az IMS eszköz média folyama és a PLMN/PSTN eszköz média

folyama között.– Az MGW a média sík-beli átjáró.

33


• További fontos hálózati funkciók megkövetelik a média erıforrás szerverek (Media Resource Gateway) használatát.

• Szükséges média funkciók például:– DTMF számjegyek begyőjtésére az audió folyamból;

– „közlemények” lejátszása (audió/videó);

– multimédia konferencia (Pl. audió folyamok elegyítése);

– szöveg beszéddé alakítása (TTS – text to speech);

– beszédfelismerés

• A média erıforrás funkcionalitásokat megvalósító IMS komponensek:– MRFC: Media Resource Control Function

– MRFP: Media Resource Control Processor

34


• MRFC: Media Resource Control Function– Valójában egy SIP proxy.

– Az MRFP-t vezérli.

– A kontroll síkban helyezkedik el.

• MRFP: Media Resource Control Processor– Elvégzi a szükséges média funkciókat médiafolyamok küldésével és

fogadásával.

– A média síkban helyezkedik el.

• Egy konvergált 3G környezetben az IMS, PLMN és PSTN hálózatoknak közös, mindhárom hálózatot támogatni képes média erıforrás szervereket kell használniuk.

35

SIP

SIP

SIP

Kapcsolatfelépítés az IMS segítségével

GPRS/EDGE/UTRAN/GERAN

IP gerinchálózat

GGSN

CSCF

GPRS/EDGE/UTRAN/GERAN

GGSN

SIP Session felépítés BGCF

UMS

CSCF lekérdezi a HSS-bıl a felhasználó helyét

CSCF felépíti a SIP session-t a hívott terminál felé, vagy továbbítja a kérést másik CSCF felé.SGSN

Az adatfolyam optimális útvonalon

GGSN-BGGSN-A

MS B

adatfolyam

MS A

SIPjelzések

IMS

36

GGSN-BGGSN-A

Média, transzport és kodek

IP

TCP UDP

SIP

SDP

RTP(Video1)

RTP(Audio1)

RTP(Video2)

SDP describes media stream (codec)SIP transports SDP

MS B

RTP / Media Session

MS A

SIP/SDPSignalling

2G – 3G GPRS (or WLAN, 3GPP2,...)

IMS

37

Szolgáltatás létrehozása és nyújtása IMS-ben

• Közös funkciók– Az IMS vízszintes rétegzett architektúra lehetıvé teszi az elszakadást a

hagyományos függıleges „kályhacsı” implementációktól.

38


• „service enablers”– „Egyszer megírni, többször használni” elv.

– Az IMS architektúra kulcselemei.

– A két legfontosabb közülük:• jelenlét (Presence)

• csoport lista menedzsment (Group List Management)

• Jelenlét (Presence)– A felhasználó számára lehetıvé teszi, hogy informálódjon a csoport többi

felhasználójának jelenléte és elérhetısége felıl. (Azaz „láthatják” egymást a kommunikáció megkezdése elıtt.)

• Csoport lista (Group List)– A felhszasználó létrehozhat különbözı csoport lista definíciókat.

• Pl: személyes címlista, VPN-alapú megoldások, nyilvános vagy privát csevegı(chat) listák, stb.

39


• Szolgáltatás nyújtása– Az IMS-ben a felhasználó egy dinamikusan hozzárendelt, felhasználó-

centrikus, szolgáltatás-független és szabványos hozzáférési pontonkeresztül fér hozzá a személyes szolgáltatáshoz. (CSCF – Call Session Control Function)

• Egyszerő hozzáférés– A bejelentkezés és hitelesítés lényegesen egyszerőbb az IMS-ben mind a

felhasználónak, mind a szolgáltatónak.

– A felhasználónak csak egyszer kell bejelentkeznie, utána hozzáfér minden számára engedélyezett szolgáltatáshoz.

– A hitelesítést is a CSCF végzi.

40


• Szolgáltatás együttmőködés (interoperability)– Szolgáltatásonként különbözı együttmőködési relációk és megállapodások

helyett az IMS lehetıvé teszi egyetlen operátorok közötti megállapodáslétrejöttét és az erre való hivatkozást minden szolgáltatás esetében.

pre-IMS: IMS:

41


• Szolgáltatás létrehozása a terminálokon– Egy IMS szolgáltatás megköveteli egy IMS/SIP kliens futását a

felhasználói végberendezésen a hálózati szerverekkel történıkommunikációhoz.

– Az IMS/SIP kliens az alap funkciókat közösen valósítja meg az összes alkalmazás számára, így számos alkalmazás megvalósítható ugyan azon a terminálon.

– Az IMS/SIP kliens implementálásával a terminálokon az architektúravalóban végponttól végpontig terjed.

42

Fix-mobil konvergencia

• Az IMS egy vezetéknélküli (mobil) hálózatokra megalkotott szabványként indult. Azonban hamar kiderült a benne rejlıpotenciál vezetékes (fix) hálózatok esetében is.

• Így az IMS egy kitőnı lehetıség a fix és mobil hálózatok konvergenciájához:– A vezérlési és alkalmazási rétegek közösek.

– A hálózat tudatában van az eltérı hozzáférési technikák különbözıjellemzıinek.

– A többszörös hozzáférés funkcionalitás is megvan az IMS-ben.

– A különféle hordozható eszközök (pl. PDA, laptop WiFi hozzáféréssel) elterjedésével a különbség a fix és mobil kommunikáció között amúgy is kezd elmosódni.

43

Az IMS fejlıdése

• Fejlıdés, nem forradalom!(Evolution, not revolution!)

• Az IMS architektúra és a SIP protokoll képes támogatni fejlett szélessávú multimédia szolgáltatásokat is.– Pl: TV mősorszórás multicast IP videó-folyamokkal, VOD (Video-On

Demand), videó megfigyelés, videótelefon, virtuális osztályterem, stb.

• Ezen szolgáltatások megvalósításához további multimédia alkalmazás kiszolgálók telepítése szükséges.

44

Az IMS fejlıdése (2)

• 2005: Nagymérető NGN hálózatokat telepítenek a hagyományos PSTN hálózatok felváltására.

• -2010:A SoftSwitch-ek az IMS megoldás részei, a PSTN migrációelısegítésére. Az elsı CSCF-ek új szolgáltatások nyújtására fókuszálnak.

• -2020: A SofSwitch-ek az AGCF-be integrálódnak. A fix-mobil konvergált maghálózat lesz a fı sodorvonal.

AGCF:Access Gateway Control Function

Vagy mégsem...?

Documents

IMS (IP multimédia alrendszer) - opti.tmit.bme.huopti.tmit.bme.hu/~cinkler/HSzA/2012tavasz/HSzA2012_12ea_IMS.pdf · IP Multimedia Subsystem From Wikipedia, ... runs over the standard