Архитектура ims что это
Архитектура ims что это
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.
Архитектура ims что это
Несмотря на постоянно растущую сложность телекоммуникационных устройств и систем, протоколов и приложений, работы в направлении создания универсальной сетевой инфраструктуры продолжаются, проходя последовательно этапы узкополосных цифровых сетей интегрального обслуживания (сетей ISDN ), широкополосных сетей ISDN ( B-ISDN ), сетей следующего поколения ( ССП ). Наконец, создание концепции IMS – мультимедийной IP-ориентированной подсистемы связи, – по мнению разработчиков оборудования, операторов и организаций стандартизации, открывает путь к построению такой универсальной сетевой инфраструктуры.
Ключевые факторы перехода к IMS
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.
Причину возникновения концепции IMS именно в среде разработчиков стандартов для мобильных сетей можно объяснить следующим образом.
Естественно, идея построения ССП оказалась привлекательной и для мобильных операторов, которые в последние годы столкнулись с резким падением доходов, что связано, в том числе, и с дерегулированием рынка, ростом конкуренции, тарифными войнами, высоким оттоком абонентов и т. д.
Стандартизация IMS
Партнерство 3GPP было создано в конце 1998 г. по инициативе института ETSI с целью разработки технических спецификаций и стандартов для мобильных сетей связи 3-го поколения (сетей UMTS ), базирующихся на развивающихся сетях GSM.
Впервые концепция IMS была представлена в документе 3GPP Release 5 (март 2002 г.). В нем была сформулирована основная ее цель – поддержка мультимедийных услуг в мобильных сетях на базе протокола IP – и специфицированы механизмы взаимодействия мобильных сетей 3G на базе архитектуры IMS с беспроводными сетями 2G.
Архитектура сетей 3G в соответствии с концепцией IMS имеет несколько уровней (плоскостей) с разделением по уровням транспорта, управления вызовами и приложений. Подсистема IMS должна быть полностью независима от технологий доступа и обеспечивать взаимодействие со всеми существующими сетями – мобильными и стационарными, телефонными, компьютерными и т. д.
В документе 3GPP Release 6 (декабрь 2003 г.) ряд положений концепции IMS был уточнен, добавлены вопросы взаимодействия с беспроводными локальными сетями и защиты информации (использование ключей, абонентских сертификатов).
В релизах 6 и 7 определена идеология осуществления IP-коммуникаций посредством SIP. В соответствии с ней SIP начинается непосредственно с мобильного терминала.
Спецификация Release 7 добавляет две основные функции, которые являются ключевыми в стационарных сетях:
Архитектура ims что это
Несмотря на постоянно растущую сложность телекоммуникационных устройств и систем, протоколов и приложений, работы в направлении создания универсальной сетевой инфраструктуры продолжаются, проходя последовательно этапы узкополосных цифровых сетей интегрального обслуживания (сетей ISDN ), широкополосных сетей ISDN ( B-ISDN ), сетей следующего поколения ( ССП ). Наконец, создание концепции IMS – мультимедийной IP-ориентированной подсистемы связи, – по мнению разработчиков оборудования, операторов и организаций стандартизации, открывает путь к построению такой универсальной сетевой инфраструктуры.
Ключевые факторы перехода к IMS
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.
Причину возникновения концепции IMS именно в среде разработчиков стандартов для мобильных сетей можно объяснить следующим образом.
Естественно, идея построения ССП оказалась привлекательной и для мобильных операторов, которые в последние годы столкнулись с резким падением доходов, что связано, в том числе, и с дерегулированием рынка, ростом конкуренции, тарифными войнами, высоким оттоком абонентов и т. д.
Стандартизация IMS
Партнерство 3GPP было создано в конце 1998 г. по инициативе института ETSI с целью разработки технических спецификаций и стандартов для мобильных сетей связи 3-го поколения (сетей UMTS ), базирующихся на развивающихся сетях GSM.
Впервые концепция IMS была представлена в документе 3GPP Release 5 (март 2002 г.). В нем была сформулирована основная ее цель – поддержка мультимедийных услуг в мобильных сетях на базе протокола IP – и специфицированы механизмы взаимодействия мобильных сетей 3G на базе архитектуры IMS с беспроводными сетями 2G.
Архитектура сетей 3G в соответствии с концепцией IMS имеет несколько уровней (плоскостей) с разделением по уровням транспорта, управления вызовами и приложений. Подсистема IMS должна быть полностью независима от технологий доступа и обеспечивать взаимодействие со всеми существующими сетями – мобильными и стационарными, телефонными, компьютерными и т. д.
В документе 3GPP Release 6 (декабрь 2003 г.) ряд положений концепции IMS был уточнен, добавлены вопросы взаимодействия с беспроводными локальными сетями и защиты информации (использование ключей, абонентских сертификатов).
В релизах 6 и 7 определена идеология осуществления IP-коммуникаций посредством SIP. В соответствии с ней SIP начинается непосредственно с мобильного терминала.
Спецификация Release 7 добавляет две основные функции, которые являются ключевыми в стационарных сетях:
Поскольку становится все проще получить доступ к контенту и контактам с использованием механизмов, не зависящих от традиционных операторов беспроводной / фиксированной связи, интерес к IMS ставится под сомнение.
СОДЕРЖАНИЕ
История
Архитектура
Каждая из функций на схеме объяснена ниже.
Подсистема IP-мультимедийной базовой сети представляет собой набор различных функций, связанных стандартизованными интерфейсами, которые сгруппированы в одну административную сеть IMS. Функция не является узлом (аппаратным блоком): разработчик может объединить две функции в одном узле или разделить 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.
Сеть доступа
Базовая сеть
Функция определения местоположения абонента (SLF) необходима для отображения адресов пользователей при использовании нескольких HSS.
Идентификаторы пользователя:
С IMS могут быть связаны различные идентификаторы: частный идентификатор мультимедийного IP (IMPI), общедоступный идентификатор мультимедийного IP (IMPU), глобально маршрутизируемый URI агента пользователя (GRUU), общедоступный идентификатор пользователя с подстановочными символами. И IMPI, и IMPU не являются телефонными номерами или другими сериями цифр, а представляют собой единый идентификатор ресурса (URI), который может быть цифрами (Tel URI, например tel: + 1-555-123-4567 ) или буквенно-цифровыми идентификаторами (SIP URI, например sip: john.doe@example.com «).
Безразличная Public User Идентичность: безразличный идентификатор пользователя выражает набор IMPU сгруппирован вместе.
Функция управления сеансом вызова (CSCF)
Несколько ролей SIP-серверов или прокси-серверов, вместе называемых функцией управления сеансом вызова (CSCF), используются для обработки пакетов сигнализации SIP в IMS.
Серверы приложений
Функциональная модель
Идентичность государственной службы
Медиа-серверы
Шлюз прорыва
Шлюзы PSTN
Шлюз PSTN / CS взаимодействует с сетями PSTN с коммутацией каналов (CS). Для сигнализации сети CS используют часть пользователя ISDN (ISUP) (или BICC ) поверх части передачи сообщений (MTP), в то время как IMS использует SIP поверх IP. Для мультимедиа в сетях CS используется импульсно-кодовая модуляция (PCM), а в IMS используется транспортный протокол реального времени (RTP).
Медиа ресурсы
Присоединение к NGN
Существует два типа сетевого взаимодействия следующего поколения :
Зарядка
Архитектура PES на основе IMS
PES на основе IMS (система эмуляции PSTN) предоставляет услуги IP-сетей аналоговым устройствам. PES на основе IMS позволяет устройствам, не поддерживающим IMS, отображаться в IMS как обычные пользователи SIP. Аналоговый терминал, использующий стандартные аналоговые интерфейсы, может подключаться к PES на базе IMS двумя способами:
Ни A-MGW, ни VGW не знают об услугах. Они только ретранслируют сигнализацию управления вызовом на терминал PSTN и обратно. Управление сеансом и обработка выполняются компонентами IMS.
Описание интерфейсов
Замена опорной точки Gq.
Обработка сеанса
Одна из наиболее важных функций IMS, позволяющая запускать приложение SIP динамически и дифференцированно (на основе профиля пользователя), реализована как механизм сигнализации с фильтром и перенаправлением 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 исходящей сети, в то время как услуги для конечной стороны будут применяться в конечной сети, все в соответствующих S-CSCF.