УДК 621.39

АРХИТЕКТУРА И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ IMS

№26,

Технические науки

Васильев Антон Олегович
Вдовенко Дмитрий Викторович
Зюзин Владислав Дмитриевич


Ключевые слова: СЕТЬ; УПРАВЛЕНИЕ; ПОЛЬЗОВАТЕЛЬ; УСЛУГА; ВОЗМОЖНОСТЬ; ДОСТУП; ПОДСИСТЕМА; ФУНКЦИЯ; ПРИЛОЖЕНИЕ; АБОНЕНТ; СЕРВЕР; NETWORK; MANAGEMENT; USER; SERVICE; CAPABILITY; ACCESS; SUBSYSTEM; FUNCTION; APPLICATION; SUBSCRIBER; SERVER.


Аннотация: В данной статье описана архитектура и основные характеристики подсистемы IMS. IMS (IP Multimedia Subsystem) – является комплексным решением, способным в перспективе имеет возможность встать на замену всем известным на сегодняшний день существующим сетям электросвязи. Ядро IMS основано на коммутации пакетов, и гарантирует обмет любым типом трафика (информационных массивов). На «входе» в сеть каждый трафик будет преобразован в IP пакеты, в независимости от «последней мили» (фиксированной или беспроводной). После этого платформа осуществляет управление потоками пакетов.

Архитектура IMS

IMS состоит из:

1) User Plane – транспортная плоскость (уровень доступа и транспорта);
2) Control Plane –уровень управления сессиями;

Архитектура IMS характерна большим количеством логических функций, которые взаимодействуют при помощи традиционных протоколов (рисунок 1).


Рисунок 1. Архитектура IMS

Персонал, который проектирует сеть, может по собственному усмотрению объединять возможности конкретного устройства или наоборот, распределить их между целой системой оборудований, но чаще всего так не делают, в связи с нецелесообразностью (лучше размещать конкретную функцию в пределах одного объекта для повышения надёжности и упрощения).

Транспортный уровень

Подключение пользователя к сети IMS (функция управления) происходит через транспортный уровень, и передача информации пользователей (функция передачи). Также имеет место быть однозначная аутентификация существующего пользователя либо заранее, либо во время присвоения IP-адреса. Осуществление конфигурации доступа сети посредством использования профиля юзера, и к тому же осуществление управлением геолокацией юзера.

Рассмотрим подсистемы транспортного уровня:

— RACS (resourse and admission control subsystem/подсистема управления доступом и ресурсами). Этот вид подсистемы широко применяется для абонентов не 3GPP доступа. RACS относят к подуровню управления транспортного уровня. Она осуществляет управление доступом, резерв ресурсов, доступа к услугам, предоставляемых пограничным шлюзом, а также управление шлюзом и преобразование сетевых адресов.

— IM–MGW. Используя этот элемент становится возможным заставить претерпевать информацию конкретного пользователя изменение из TDM в информацию, свойственную IP сетям и осуществлять обратный процесс. Также осуществлять объединение информации пользователя с использованием шлюзов.

— MRFP под управлением MRFC (контроллер ресурсов мультимедиа) осуществляет возможный отбор качественных и многофункциональных способностей, например, мультимедийных сеансов, обработку подобных мультимедийных потоков и прочее.

Уровень управления

Уровень управления, по большему счёту, всего лишь представляет собой инструмент по использованию и настройке под конкретного абонента сеанса связи. В его «арсенале» находятся разные функции и интуитивно понятный интерфейс.

Уровни управления будут охватывать такие логические элементы как:

1) CSCF (Call/Session Control Function/функция управления сессиями).

P-CSCF необходим для аутентификации юзеров при помощи формирования защищенных IPsec-ассоциаций, благодаря этому он освобождает от повторной аутентификации другой функционал ядра [10].

— Адрес Serving CSCF устанавливается во время регистрации пользователя. Фактически, P-CSCF реализует функционал логического SIP-агента пользователя User Agent (UA). Адрес P-CSCF в течении всего времени существования сеанса содержится в S-CSCF для передачи данных к пользователю. К тому же, P-CSCF инициирует проверку корректности формирования SIP-сообщений, поступающих от терминала. Подсистема IMS, обычно, включает в себя некоторое количество прокси-серверов, всякий из которых обслуживает конкретный массив абонентов.

— Interrogating CSCF (I-CSCF) – в роли посредника гарантирует корректный уровень взаимодействия с внешними сетями. Основная цель функцией взаимодействия I-CSCF будет являться обращение к серверу HSS по протоколу Diameter.

В подсистеме IMS предусматривается какое-то определённое кол-во серверов взаимодействия, которые расположены в домашней сети.

Определения наличия или возможности регистрации абонента в данной сети:


Рисунок 2. Ядро IMS

2) HSS (Home Subscriber Server / сервер пользовательских данных) – централизованное хранилище данных о пользователях и услугах подсистемы IMS, которая заменяет HLR (Home Location Register) из архитектуры сетей GSM/UMTS. В HSS находятся данные о Public User Identity, и Private User Identity идентификаторах абонента IMS, идентификатор обслуживающей функции управления сеансом Serving CSCF, параметры аутентификации и шифрования, информация о AP (Application server / сервер приложений) и идентификатор функции учёта стоимости.

Сервер пользовательских данных осуществляет взаимодействие со способностями управления сессиями и серверами приложений, применяя протокол Diameter. Если кол-во пользователей велико, для хранения информационных данных в одном HSS, сеть способна содержать несколько.

3) MGCF (Media Gateways Control Function) – функционал управления медиа шлюзами. Основной задачей этого элемента является управление медиа шлюзами (IM-MGW), трансформация сигнальной сети ОКС 7 в подобную сигнализацию, но уже IP Multimedia Subsystem (протокол ISUP в SIP) и при необходимости провести обратную процедуру.

Процессор MRFP хранит в себе данные, создаёт и посылает нотификации. Помимо воспроизведения объявлений, MRF имеет возможность соединять разные медиа-потоки, видоизменять информационные данные разных кодеков, осуществлять сбор статистической информации и анализировать медиа-информацию. MRF априори располагается в домашней сети.


Рисунок 3. Функции взаимодействия IMS с сетями с КК (ТфОП, GSM)

Уровень приложений

В силу тех обстоятельств, что отсутствуют хоть какие-то различия между уровнями приложений и IP Multimedia Subsystem, на пересечении этих двух подсистем находятся серверы приложений (Application Server/AS), их ключевой задачей является обеспечить возможность доступа как к любым приложениям подсистемы, так и к иным, которые не имеют отношения к платформе (Application Server/AS), иными словами, к абсолютно любым.

Структура IP Multimedia Subsystem и протокол SIP имеют возможность гарантировать необходимый уровень гибкости и надёжности для функционирования разных приложений.

Таблица 1.

Приложения IMS

Название Описание
SCIM (Service Capability Interaction Manager) Менеджмент взаимодействия уровня приложений и ядра IP Multimedia Subsystem
SIP AS (SIP Application Server) Оказание услуг на базе протоколе SIP. Планируется, что каждая новая услуга в подсистеме IMS будут находиться в данном сервере
OSA-SCS (Open Service Access – Service Capability Server) Обеспечение интерфейсом к возможным услугам, на базе открытого доступа (OSA). Задача — гарантия доступности различных услуг к сетевым функциям средствами программного интерфейса приложений
IM-SSF (IP Multimedia – Service Switching Function Возможность эксплуатации в IP Multimedia Subsystem услуг CAMEL (Customized Applications for Mobile network Enhanced Logic), которые были разработаны для мобильных сетей
TAS (Telephony Application Server) Прием и обработка сообщений SIP, а также определение, метода инициирования исходящего вызова. Сервисная логика реализует основные сервисы обработки вызовов, в том числе анализ цифр, маршрутизации, установления, ожидания и перенаправления вызовов, а также конференцсвязь.

Функциональные возможности IMS

IP Multimedia Subsystem представляет двустороннюю аудио и видео связь. Важным условием является то, что пользователи IMS обязаны располагать возможностью соединения разнообразных IMS сервисов на протяжении одного сеанса мультимедиа. Поэтому поддержка качества обслуживания является основополагающим требованием для работы.

Базовый протокол SIP принимает во внимание некоторые параметры: тип информационных данных, направление передачи информационных данных, нужная ширина полосы пропускания, битовая скорость, подлинный размер пакетов.

Поддержка взаимосвязи с сетью интернет обеспечивает пользователям IMS установку мультимедийных сеансов связи с разнообразными службами глобальной сети (для IP Multimedia Subsystem — это телефонные сети с КК).

Разнообразие доступа к IP Multimedia Subsystem могут гарантировать транспорт IP-трафика между UE и объектами IMS.

Чтобы увеличить количество услуг и расширить потенциалы апгрейда, в IP Multimedia Subsystem применена новая модель исследования научного предмета в предоставлении услуг, которая даёт возможность оператору совмещать услуги, созданные разными разработчиками или же самим оператором.

Абоненту просто необходимо иметь доступ к сервисам не зависимо от географической позиции. Такой функционал даёт возможность абоненту применять разные сервисы даже при условии нахождении его вне зоны обслуживания домашней сети.

Идентификация абонентов и их услуг

Каждой мультисервисной сети очень важна идентификация ее пользователей, оборудования юзеров и доступных пользователю услуг.

Базовый идентификатор, присваиваемый оператором услуг пользователю — идентификатор PrUI (Private User Identity). Он обладает форматом NAI (Network Access Identifier), который описан в RFC 2486. На практике Private User Identity есть возможность наблюдать в формате: «user@op.ru».

Формат PuUI имеет вид:

sip: user@op.ru.
sip:+7_916_326_1920@op.ru; user=platform.

Подсистема мультимедийной связи IMS – комплексное решение, призванное в перспективе заместить все существующие сети электросвязи. При этом ядро сети IMS обеспечивает транзит (обмен) трафика вне зависимости от его типа (видео, голос, мультимедийные данные,), т.е. работает с разнотипными сетями доступа.


Список литературы

  1. Бакланов И.Г. NGN: принципы построения и организации / под ред. Чернышова Ю.Н. – М.: Эко-Трендз, 2008. – 400 с.
  2. Бакланов И.Г. SDH – NGSDH: Практический взгляд на развитие транспортных сетей – М.: Метротек, 2006. – 736 с.
  3. Барсков А.Г. Анализ систем IMS // Сети и системы связи. — 2006. — № 1, — С. 34-40.
  4. Вишневский В.М. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей. – М.: Техносфера, 2003. – 512 с.
  5. Галкин В.А., Григорьев Ю.А. Телекоммуникации и сети. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. – 608 с.