ims (ip multimédia alrendszer) -...
Post on 19-Mar-2018
222 Views
Preview:
TRANSCRIPT
IMS
(IP multimédia alrendszer)
Varga Pálpvarga@tmit.bme.hu
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
messages directories
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
messages directories
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
Milyen problémát old meg az IMS?
• 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
Milyen problémát old meg az IMS?
• 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
IMS architektúra komponensei
• 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
IMS architektúra komponensei
• 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
IMS architektúra komponensei
• 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
IMS architektúra komponensei
• 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
IMS architektúra komponensei
• 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
IMS architektúra komponensei
• 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
IMS architektúra komponensei
• 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
Szolgáltatás létrehozása és nyújtása IMS-ben
• „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 létrehozása és nyújtása IMS-ben
• 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 létrehozása és nyújtása IMS-ben
• 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 és nyújtása IMS-ben
• 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...?
top related