История развития сетей подвижной связи

ВВЕДЕНИЕ

Не так давно многие мобильные операторы стали предлагать услугу фиксированной связи. Это одна из известных разновидностей голосовой связи, которая необходима современным предпринимателям для успешного ведения бизнеса.

Это не обычная мобильная связь, а специальная услуга, которая дает клиентам ряд особых преимуществ. Она необходима как для представителей российского среднего и малого бизнеса, так и для более серьезных предприятий и крупных компаний. Фиксированная связь – это набор услуг, которые позволяют обеспечить корпоративных клиентов всеми существующими видами связи и способствовать удобной работе сотрудников, быстрому взаимодействию с клиентами и т. д.

 

В рамках данной услуги клиенты получают все виды телефонной связи (местная, междугородняя, международная), скоростной Интернет, подключение телефонов в офисе к городским номерам, а также организацию корпоративных сетей «под ключ», которые включают все виды трафика: видео, голос, телеметрию, данные. Таким образом, одна услуга обеспечивает компанию всеми видами и способами связи.

Преимущества фиксированной связи

 

Современная фиксированная связь открывает перед клиентом широкие возможности:

• широкополосный выход в Интернет на самых высоких скоростях;

• обычная телефонная и мобильная связь: клиент может принимать и совершать вызовы;

• благодаря технологии SDH клиенты могут передавать все виды информации, используя любые протоколы;

• возможность объединить территориально удаленные офисы в одну корпоративную сеть.

За свою историю существования фиксированная связь зарекомендовала себя как довольно удобная и выгодная услуга. Она предоставляет пользователям высокое качество связи, максимально высокую скорость передачи всех типов данных, а также стопроцентную защищенность той информации, которую клиент будет передавать.

Кроме того, услуга фиксированной связи обходится пользователям значительно дешевле и является более надежной, чем другие виды современной голосовой связи. Это ряд дополнительных услуг, которые позволяют оптимизировать пользование главным сервисом, организовать коммуникационные сети любых размеров, делая свои компании все более успешными и конкурентоспособными.

Некоторые специалисты предполагали, что фиксированная связь в скором времени изживет себя, так как сегодня появились довольно удобные мобильные телефоны. Однако постигший мир кризис показал, что это нет так. Данный вид связи является экономичным и удобным для пользователей. Специалистами в последние годы был отмечен рост популярности фиксированной связи, в частности, среди представителей предприятий, фирм. Совершенствование технологий делает фиксированную связь одним из самых удачных видов связи. Что касается будущего данной услуги, то эксперты предсказывают не слишком быстрый, но уверенный рост спроса на нее, в частности, среди корпоративных клиентов, так как сегодня фиксированная связь является своеобразным «двигателем» современного бизнеса и просто удобным видом связи.

 

Глава 1. Эволюция сетей

 

1.1 История развития IMS сетей

 

IMS - это сервисная архитектура подсистемы IP-мультимедиа, ставшая сегодня основой конвергенции сетей связи. IMS позволяет обеспечить быстрое развертывание новых услуг. При этом можно ожидать сокращения расходов за счет использования открытых стандартов в IMS.

Концепция IMS была предложена в марте 2002 г. партнерством 3GPP. Интерес к ней возник в 2005 г., когда решение стало доступно операторам (правда, в опытных версиях). А уже в 2006 г. было представлено несколько готовых решений.
В настоящее время существует несколько релизов стандарта IMS. Концепция IMS в ее нынешнем виде является, главным образом, результатом работы трех международных организаций по стандартизации - 3GPP, 3GPP2 и ETSI. В первой спецификации, 3GPP Release 5, были определены механизмы взаимодействия сетей 3G на основе IP и сетей 2G, а также указана цель IMS - поддержка мультимедийных услуг в мобильных сетях на базе протокола IP. Но только спецификация Release 7 описывает взаимодействие фиксированных и мобильных сетей. Сейчас развитием стандарта занимается группа TISPAN (Telecommunications and Internet converged Services and Protocols for Advanced Networking).
В России возможности IMS первой продемонстрировал Siemens (в рамках выставки "Связь-Экспокомм - 2004"). В 2005 г. компания Ericsson сделала попытку показать IMS-платформу в Технопарке ЦНИИС. В сущности, это был набор мультимедийных функций (услуг), базирующихся на принципах IMS, но более близкий к тогдашней парадигме SoftSwitch. Правда, на выставке "ИнфоКом-2005" Ericsson провел живую демонстрацию услуг сотовой связи на базе IMS. Вслед за этим градом посыпались анонсы и опытные зоны других производителей. Однако большинство решений, выдаваемых за IMS, являлись традиционными решениями SoftSwitch+SBC (Session Border Controller). Дело в том, что на тот момент еще не были детально проработаны различные аспекты спецификации, хотя общая концепция существовала.
За рубежом, по данным Gartner, на данный момент заключено около 90 контрактов на поставку IMS, однако 80% из них - в рамках тестовых работ. Тестирование идет, например, во Франции (France Telecom), Испании (Telefonica), Италии (Telecom Italia), США (Verizon), Венгрии (T-Com) и Чехии (Vodafone).
Первый российский опыт использования элементов IMS можно отнести на счет компании "Скай Линк". Более масштабный проект, основанный на полнофункциональной платформе IMS, реализуется в МГТС, которая планирует начиная с 2009 г. перевести более 2,5 млн абонентов на платформу IMS. При этом в квартирах абонентов будут устанавливаться IMS-терминалы - так МГТС называет ADSL-модемы с возможностью разделения входящего трафика по нескольким VLAN и имеющие на борту несколько Ethernet-интерфейсов. Для получения услуг планируется подключать к IMS-терминалу необходимое функциональное оборудование. Например, для доступа к услугам телефонной связи устанавливается АТА (аналоговый шлюз) или IP-телефон.

Чем же так хороша IMS, что даже компании готовы на нее перейти? Прежде всего, это, конечно, возможности в области услуг. Платформа IMS позволяет очень гибко и со значительно более низкими затратами внедрять новые (для абонента) услуги. За счет чего это достигается? Рассмотрим для сравнения классическую модель сети. Она является вертикальной и предполагает, что для каждого типа доступа существует отдельная инфраструктура, включающая в себя систему коммутации

, тарификации, серверов приложений и систему обслуживания. Кроме того, при вертикальной архитектуре добавление какой-либо услуги прийдется осуществлять отдельно для каждого типа доступна.

 

 

Архитектура IMS является горизонтальной. Это означает, что разделение услуг существует только на уровне доступа к сети, а далее сеть объединяется транспортным уровнем в единую сеть IMS. Следовательно, при добавлении новой услуги она сразу может быть доступна посредством любого оборудования доступа, подключенного к сети. Благодаря платформе предоставления услуг можно предоставлять услуги с качеством, которое поддерживает терминал, чтобы не перегружать сеть

 

Рис 1.4 Архитектура построения конвергентной сети на базе технологии UMA

 

 

В технологии UMA требуется применение двухрежимного пользовательского терминала Wi-Fi/GSM, который позволяет предоставлять услуги передачи речи, данных, а также услуги IMS как в сети СПС стандарта GSM/GPRS, так и в сети радиодоступа (Wi-Fi или Bluetooth). Когда пользователь выходит за пределы зоны покрытия сети Wi-Fi, выполняется процедура хэндовера на ближайшую базовую станцию BTS сети подвижной связи GSM/GPRS. Аналогично, если пользователь возвращается в зону действия подходящей ему сети Wi-Fi/Bluetooth, подключение терминала передается обратно в сеть Wi-Fi.

К стандартной архитектуре сети GSM/GPRS добавляются следующие новые функциональные элементы:

·двухрежимная мобильная станция (MS);

·точка доступа - обеспечивает радиоканал в направлении мобильной станции, используя нелицензируемый радиочастотный спектр;

·контроллер сети UMA - выступает для опорной сети в качестве подсистемы базовых станций GERAN (контроллер включает в себя шлюз безопасности SGW, который терминирует безопасные туннели удаленного доступа от мобильной станции, обеспечивая обоюдную аутентификацию, шифрование и целостность данных для трафика сигнализации, голоса и данных).

 

Контроллер UNC подключается к одному MSC и одному узлу SGSN по интерфейсам A и Gb соответственно. Как уже говорилось выше, функции UNC эквивалентны функциям, выполняемым контроллером базовых станций BSC сети подвижной связи. Контроллер подключается к точке доступа WLAN через транспортное соединение IP. С мобильной станцией контроллер UNC взаимодействует через интерфейс Up, который функционирует через транспортную сеть IP и осуществляет перенос сигнализации GSM/GPRS между опорной сетью СПС и мобильной станцией. Протоколы сети GSM переносятся прозрачно между мобильной станцией и MSC. Это обеспечивает мобильной станции в сети WLAN доступ ко всем услугам сети GSM, которые ей могут быть доступны в подсистеме базовых станций сети GSM.

Использование UMA позволяет существенно улучшить качество радиопокрытия при достаточно низком уровне затрат на такое улучшение по сравнению с традиционными методами. Достоинством является и то, что использование Wi-Fi-связи в помещениях, по-видимому, обойдется операторам дешевле, чем применение GSM-связи. При этом, как ожидается, может произойти перераспределение части прибыли фиксированных операторов в пользу мобильных операторов.

Технология UMA появилась в тот момент, когда она не имела конкурентов в области реализации конвергентных услуг, поэтому многие операторы достаточно быстро принимали положительное решение относительно ее использования, однако с появлением решения IMS/VCC возникла проблема выбора между двумя возможными способами предоставления услуг FMC.

 

 

Таблица 1 Комплексные решения для организации конвергентных сетей

 

Архитектура конвергентной сети на базе IMS

 

 

 

Рис 1.5. Архитектура реализации конвергентных услуг на базе платформы IMS

 

 

Пример реализации конвергентных услуг на базе платформы IMS представлен на рис. 1.5. Как видно из рисунка, платформа технологии IMS позволяет создать архитектуру независимого доступа на основе IP-протокола, благодаря чему обеспечивается взаимодействие голоса и данных как для фиксированных сетей (PSTN, ISDN, Интернет), так и для мобильных пользователей (GSM, CDMA). Технология IMS может использоваться в сетях 2-го и 3-го поколений сетей подвижной связи стандартов GSM и cdma2000 и осуществлять взаимодействие с любыми IP-сетями (например, GPRS, WLAN, xDSL).

Технология IMS (IP Multimedia Subsystem) представляет собой набор функциональных сетевых элементов, необходимых для предоставления мультимедийных услуг пользователям терминалов сетей следующего поколения (NGN). Перечислим базовые функциональные элементы IMS-платформы:

·CSCF (Call Session Control Function) - функция управления состоянием вызова - SIP-сервер;

·MGCF (Media Gateway Control Function) - объект, осуществляющий управление шлюзом IM-MGW;

·MGW (Media Gateway Function) - мультимедийный шлюз;

·MRFC (Multimedia Resource Function Controller) - контроллер управления функциями мультимедийных ресурсов;

·MRFP (Multimedia Resource Function Processor) - процессор обработки функций мультимедийных ресурсов;

·HSS (Home Subscriber Server) - опорная база данных оператора сети, которая содержит информацию, относящуюся к подписке пользователя;

·SBG (Session Border Gateway) - пограничный шлюз сессий. Это оборудование, реализующее VoIP и мультимедийный шлюз IP. Шлюз SBG разделен на пограничный шлюз доступа Access SBG (A-SBG) и на пограничный сетевой шлюз Network SBG (N-SBG);

·AS (Application Server) - серверы приложений;

·Network&Service Management - блок управления сетью и услугами, отвечающий за выделение IP-адресов, начисление оплаты и т.п.

При этом технология IMS не определяет никаких новых протоколов взаимодействия, а функционирует с использованием существующих протоколов сети Интернет, определенных IETF (SIP, SDP и Diameter). Подсистема IMS использует протокол SIP (Session Initiation Protocol) в качестве базового.

 

 

Модель реализации конвергентных услуг с использованием технологии IMS получила название Voice Call Continuity (VCC). Стандартизацией VCC занимается партнерство 3GPP. Ожидается, что окончательная версия данной спецификации появится в 2006 г.

Модель VCC обеспечивает прозрачное прохождение речевого вызова при переходах пользовательского терминала между сетью СПС, построенной на базе любой технологии (GSM, UMTS, CDMA), и любыми сетями беспроводного доступа, поддерживающими передачу речи поверх IP (VoIP). Технология IMS/VCC дает возможность использовать единый телефонный номер, а также обеспечивать хэндовер между сетью сотовой подвижной связи и WLAN. Как и в случае с UMA, абонент конвергентных услуг на базе технологии IMS/VCC должен использовать двух-режимный пользовательский терминал, способный функционировать и в сети сотовой связи, и в сети широкополосного беспроводного доступа (например, Wi-Fi). Когда терминал работает в сети WLAN, для передачи голосовой информации между терминалом и элементами управления вызова в опорной сети IMS используется сигнализация SIP, и пользовательский трафик передается по протоколу RTP.

Основные ограничения реализации конвергентных услуг

Технология UMA

Как было показано выше, для реализации решения FMC на базе технологии UMA необходимо внести небольшие изменения в существующую инфраструктуру сети GSM/GPRS: установить новые контроллеры UNC, обеспечивающие взаимодействие с пользовательскими терминалами, когда они находятся в сети ра-диодоступа WLAN, а также модернизировать программное обеспечение в части биллинга и аутентификации абонентов.

 

 

Однако, несмотря на относительную дешевизну решения UMA, связанную с незначительным изменением существующей инфраструктуры сети, может возникнуть ряд скрытых статей расходов на модернизацию сети. Дополнительные затраты возникают, в основном, в связи с резким увеличением объемов трафика, приходящегося на существующие элементы сети, поскольку контроллеры UMA подключаются к опорной сети GSM/GPRS по традиционным интерфейсам A и Gb. В результате может возникнуть необходимость расширения таких узлов, как MSC, SGSN и GGSN, а возможно, даже их замены.

Следует отметить еще один недостаток решения по организации услуг FMC на базе UMA. Несмотря на то что технология UMA обеспечивает неплохие характеристики при хэндовере вызова между сетями СПС и WLAN, она не поддерживает хэндовер между несколькими точками доступа внутри сети WLAN. Это значит, что если пользователь использует свой терминал в сети WLAN и в процессе разговора перемещается от одной точки доступа к другой, то вызов не переключается на другую точку доступа WLAN, а передается в сеть СПС. Подобная проблема несущественна в сетях домашних пользователей, обслуживаемых одной точкой доступа, однако является достаточно серьезным недостатком в крупных корпоративных сетях WLAN.

Кроме того, технология UM A может оказаться неприменимой для корпоративных сетей WLAN в связи с тем, что в подобных сетях обычно используются шлюзы/межсетевые экраны и средства AAA (Authentication, Authorization and Accounting) для доступа к услугам.

 

С точки зрения предоставления перспективных мультимедийных услуг подсистемы IMS технология UMA также имеет свои слабые стороны, поскольку не обеспечивает прямой интеграции пользовательского оборудования с протоколом SIP. Сеть UMA представляет собой туннель (мост) между мобильной станцией и контроллером UNC, из чего следует, что терминал пользователя не является объектом в сети IP "от начала до конца". Последним элементом, который будет "виден" со стороны IP-сети, является контроллер сети UMA. В результате невозможно обеспечить прозрачную работу некоторых услуг, требующих непосредственной адресации пользовательского оборудования по протоколу SIP, например услуги Presence.

 

 

Технология IMS/VCC

 

 

Технология IMS/VCC не имеет основных недостатков, свойственных технологии UMA. Во многом это связано с тем, что, как уже говорилось, IMS и UMA являются технологиями разного уровня. UMA - это технология доступа, а IMS - технология уровня управления/услуг.

Также вполне естественной для решения IMS/VCC выглядит полная интеграция пользовательского оборудования с протоколом SIP, что обеспечивает предоставление абоненту всего спектра современных мультимедийных услуг IMS.

Внедрив у себя на сети решение IMS/VCC, оператор может разгрузить существующую сеть СПС, уведя трафик в среду Wi-Fi и, возможно, в проводные широкополосные сети передачи данных.

Несмотря на ряд положительных сторон решения IMS/VCC, на сегодняшний день у него существует ряд ограничений.

Основным недостатком решения организации услуг FMC на базе IMS/VCC является незаконченность процесса стандартизации. На текущий момент 3GPP пока не утвердил техническую спецификацию, регламентирующую процедуру хэндовера между доменом с коммутацией каналов и доменом IMS.

Более того, данная техническая спецификация будет определять только принципы обработки речевых вызовов; передача данных с использованием сети WLAN должна обрабатываться отдельно; к тому же необходима организация параллельной структуры для управления и учета контентных услуг.

Вследствие незавершенности процесса стандартизации появление на рынке терминалов с поддержкой IMS/VCC ожидается только в начале следующего года. Это объясняется также более ранним появлением технологии UMA на рынке услуг FMC и соответственно отсутствием необходимой мотивации у производителей двухрежимных терминалов в части выпуска мобильных станций с поддержкой IMS/VCC. С точки зрения производителей оборудования, существует определенный риск, связанный с выпуском терминалов, поддерживающих новую технологию, ведь она может не найти отклика со стороны операторов связи (с учетом того, что уже существует альтернативная ей действующая технология UMA).

Технология IMS основана на протоколе SIP, что может вызывать определенные проблемы при использовании частных IP-адресов, которые обычно распространены в домашних и корпоративных сетях, подключенных через шлюз или межсетевой экран. С точки зрения оператора, проблемы будут заключаться в том, что реализация некоторых услуг будет зависеть от этих шлюзов/межсетевых экранов, не находящихся под контролем оператора (технология UMA использует туннель IPsec, который имеет меньше проблем при преодолении NAT). Однако в последнее время функции NAT становятся все более стандартизованными, что должно снизить значимость описанной проблемы.

Общими факторами, препятствующими конвергенции российских сетей, являются задержки с внедрением развитой пакетной магистральной базовой сети общего пользования, наличие большого парка морально и физически устаревшего оборудования. Невысок и платежеспособный спрос на мультимедийные услуги. Кроме того, до сих пор не решены вопросы конвергенции в регуляторной политике отрасли.

 

Выводы:

 

В заключение необходимо отметить, что выбор оператором конкретной технологии реализации конвергентных услуг будет зависеть от целого ряда факторов, среди которых можно выделить следующие:

 

·требуемая скорость внедрения услуг FMC;

 

·существующая сетевая инфраструктура;

 

·планы в отношении дальнейшей эволюции сети связи.

 

Технологию UMA можно рекомендовать к использованию при решении краткосрочных задач операторами сетей СПС, связанных с расширением зоны покрытия своих сетей в отдельных зданиях, а также с обеспечением контроля за трафиком беспроводных сетей доступа, при условии наличия достаточно разветвленной инфраструктуры сетей Wi-Fi. Кроме того, применение готовых решений UMA обеспечит максимально быстрые сроки внедрения услуг FMC в существующих сетях GSM/GPRS.

Решение IMS/VCC более целесообразно реализовывать тем операторам, которые либо уже имеют подсистему IMS в своей сети, либо собираются ее внедрить в ближайшем будущем. С точки зрения долгосрочной перспективы большинство специалистов отдает предпочтение технологии IMS, поскольку только она обеспечивает возможности максимальной конвергенции на всех уровнях, начиная с доступа и заканчивая услугами. Именно IMS дает возможность безболезненной модернизации транспортной инфраструктуры (сети доступа) и почти безграничные возможности внедрения новых мультимедийных услуг, доступных пользователям как в сети СПС, так и в сетях WLAN.

Еще одним вариантом использования технологий UMA и IMS является их комбинация. Особенно это удобно в случае использования оборудования одного производителя, так как обеспечит его полную совместимость.

Рассмотренные технологии, конечно, не являются единственно возможными по реализации конвергентных услуг, но на сегодняшний день они представляются наиболее многообещающими и взаимодополняющими.

В перспективе с учетом больших российских территорий можно прогнозировать полную конвергенцию наземного и спутникового компонентов систем мобильной связи 3-го поколения с системами беспроводного доступа, а также, в связи с возросшим интересом к услугам определения местоположения, полную интеграцию со спутниковыми навигационными системами.

В любом случае в рамках общей тенденции, направленной на конвергенцию аппаратно-программных средств сетей связи, развитие конвергентных технологий приведет к созданию и использованию единого телекоммуникационного комплекса на базе информационных технологий, фиксированных и мобильных сетей связи.

 

 

Архитектура IMS

 

 

Для IMS разработана многоуровневая архитектура с разделением транспорта переноса трафика и сигнальной сети IMS для управления сеансами (рис. 2.1). Таким образом, при разработке IMS на мобильные сети фактически перенесена основная идеология Softswitch. В IMS выделяются:

 

· пользовательский уровень или уровень передачи данных (User Plane)

 

 

· уровень управления (Control Plane)

 

 

· уровень приложений (Application Plane).

 

 

В этих плоскостях 3GPP специфицирует не узлы сети, а функции. Это означает, что IMS-архитектура, как и архитектура Softswitch, также преставляет собой набор функций, соединенных стандартными интерфейсами.

При этом в случае IMS функции тоже оказываются описанными в стандартах. Разработчики вправе скомбинировать несколько функций в од- ном физическом объекте или, наоборот, реализовать одну функцию распределенным образом.

 

 

Рис. 2.1. Архитектура IMS

 

К функциональным возможностям IMS можно отнести:

· Мультимедийные IP-сеансы

· Качество обслуживания

· Взаимодействие с другими сетями

· Инвариантность доступа

· Создание услуг и управление услугами

 

1. Мультимедийные IP-сеансы

IMS представляет широкий спектр мультимедийных услуг, но основная услуга IMS – двусторонняя аудио/видео связь. Для этого архитектура IMS должна поддерживать сеансы мультимедийной связи в IP-сетях, должна обеспечивать доступ к услуге пользователям, находящимся как в домашней, так и в визитной. Также пользователи IMS должны иметь возможность комбинировать различные IMS сервисы во время одного мультимедийного сеанса.

 

2. Качество обслуживания

Поддержка качества обслуживания является фундаментальным требованием к IMS. При организации сеанса пользовательское оборудование извещает IMS о своих возможностях и своих требованиях качества обслуживания. Протокол SIP позволяет учесть такие параметры, как тип и направление передачи данных, битовая скорость, размер пакетов, требуемая ширина полосы пропускания. IMS позволяет управлять качеством связи для различных пользователей, и таким образом дифференцировать пользователей и услуги.

 

3. Взаимодействие с другими сетями

Функция поддержки взаимодействия с сетью Интернет обеспечивает пользователям IMS установление мультимедийных сеансов связи с разными службами глобальной сети. IMS должна также иметь возможность взаимодействия с сетями предыдущих поколений – телефонными сетями с коммутацией каналов (стационарными и мобильными).

 

4. Инвариантность доступа

Инвариантность доступа к IMS, получившая название IP connectivity access, предполагает применение любой технологии доступа, которая может обеспечить транспортировку IP-трафика между пользовательским оборудованием и объектами IMS. Таким образом, функциональные возможности IMS инвариантны относительно разных технологий доступа.

 

5. Создание услуг и управление услугами

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 широкие возможности персонализации и увеличения количества услуг.

 

 

Рассмотрим функциональные элементы на рис. 2.1 более подробно.

 

 

1. Пользовательские базы HSS и SLF

 

Каждая IMS-сеть содержит один или более серверов пользовательских баз данных HSS. Сервер HSS представляет собой централизованное хранилище информации об абонентах и услугах и является эволюционным развитием HLR (Home Location Register) из архитектуры сетей GSM. Сеть может содержать более одного HSS в том случае, если количество абонентов слишком велико, чтобы поддерживаться одним HSS. Такая сеть, наряду с несколькими HSS, должна будет иметь в своем составе функцию SLF (Subscriber Location Function), представляющую собой простую базу данных, которая хранит соответствие информации HSS адресам пользователей. Узел, передавший к SLF запрос с адресом пользователя, получает от нее сведения о том HSS, который содержит информацию об этом пользователе.

 

 

Рис. 2.2. Логические функции HSS

 

Функция SIP-сервера

 

 

Функция управления сеансами CSCF (Call Session Control Function) является центральной частью системы IMS, представляет собой, по сути, SIP-сервер и обрабатывает SIP-сигнализацию в IMS. Существуют функции CSCF трех типов: Proxy-CSCF (P-CSCF), Interrogating-CSCF (I-CSCF) и Serving-CSCF (S-CSCF).

 

Первая из перечисленных, функция P-CSCF – это первая точка взамодействия (на сигнальном уровне) пользовательского IMS-терминала и IMS-сети. С точки зрения SIP, она является входящим/исходящим прокси-

23сервером, через который проходят все запросы, исходящие от IMS- терминала или направляемые к нему. Однако функция P-CSCF может вести себя и как агент пользователя UA, что необходимо для прерывания сеансов в нестандартных ситуациях и для создания независимых SIP-транзакций, связанных с процессом регистрации.

I-CSCF – еще один SIP-прокси, расположенный на границе административного домена Оператора. Когда SIP-сервер определяет следующую пересылку для некоторого SIP-сообщения, он получает от службы DNS адрес I-CSCF соответствующего домена. Кроме исполнения функций SIP-прокси I-CSCF взаимодействует по протоколу Diameter с HSS и SLF, получает от них информацию о местонахождении пользователя и об обслуживающей его S-CSCF. Если никакая функция S-CSCF еще не назначена, функция I-CSCF производит ее назначение.

 

S-CSCF – центральная интеллектуальная функция на сигнальном уровне, т.е. функция SIP-сервера, который управляет сеансом. Помимо этого, S-CSCF выполняет функцию регистрирующего сервера сети SIP (SIP-registrar), то есть поддерживает привязку местоположения пользователя (например, IP-адресом терминала, с которого пользователь получил доступ в сеть) к его SIP-адресу (PUI-Public User Identity).

 

Функция S-CSCF взаимодействует по протоколу Diameter с HSS, получает от последнего данные аутентификации пользователя, пытающегося получить доступ к сети, и данные о профиле пользователя, т. е. перечень доступных ему услуг – набор триггерных точек для маршрутизации сообщения SIP к серверам приложений. В свою очередь, функция S-CSCF информирует HSS о том, что этот пользователь прикреплен к нему на срок своей регистрации, и о срабатывании таймера регистрации.

 

1. Функция PDF

 

Функция Policy Decision Function (PDF) иногда интегрируется с функцией P-CSCF, но может быть реализована отдельно. Эта функция отвечает за выработку политики на основании информации о характере сеанса и о передаваемом трафике (транспортные адреса, ширина полосы и т.д.), полученной от P-CSCF. На базе этой информации PDF принимает решение об авторизации запросов от GGSN и производит повторную авторизацию при изменении параметров сеанса, а также может запретить передачу определенного трафика или организацию сеансов некоторых типов.

 

1. Серверы приложений

 

Серверы приложений (Application Servers), по существу, не являются элементами IMS, а работают, условно говоря, поверх нее, предоставляя ус луги в сетях, построенных согласно IMS-архитектуре. Серверы приложе ний взаимодействуют с функцией S-CSCF по протоколу SIP. Основными функциями серверов приложений являются обслуживание и модификация 24 SIP-сеанса, создание SIP-запросов, передача данных тарификации в центры начисления платы за услуги связи.

Рис. 2.3 Серверы приложений

 

Рассмотрим эти три типа серверов приложений:

 

 

1. SIP AS (SIP Application Server) - классический сервер приложений, предоставляющий мультимедийные услуги на базе протокола SIP;

 

2. OSAnSCS (Open Service Access - Service Capability Server) предоставляет интерфейс к серверу приложений OSA и функционирует как сервер приложений со стороны SnCSCF и как интерфейс между сервером приложений OSA и OSA API - с другой стороны;

 

3. IMnSSF (IP Multimedia Service Switching Function) позволяет использовать в IMS услуги CAMEL (Customized Applications for Mobile Network Enhanced Logic), разработанные для GSM сетей, а также позволяет управляющей функции gsmSCF(GSM Service Control Function) управлять IMS-сеансом. Со стороны SnCSCF сервер IMnSSF функционирует как сервер приложений, а с другой стороны - как функция SSF(Service Switching Function), взаимодействующая с gsmSCF по протоколу CAP

 

 

Помимо обязательного для серверов приложений всех типов SIP-интерфейса со стороны IMS, они могут также иметь интерфейсы к HSS, причем SIP AS и OSAnSCS взаимодействуют с HSS по протоколу Diameter для получения данных о пользователе или для обновления этих данных в HSS, а информационный обмен между IM SSF и HSS ведется по протоколу MAP

Серверы приложений могут находиться либо в домашней, либо в любой другой сети, с которой у провайдера есть сервисное соглашение. Но если сервер приложений находится во внешней сети, он не может иметь интерфейс с HSS.

 

 

1. Функция MRF

 

Теперь рассмотрим MRF (Media Resource Function), являющуюся источником медиаинформации в домашней сети и позволяющую воспроизводить разные объявления, смешивать медиапотоки, транскодировать битовые потоки кодеков, получать статистические данные и анализировать медиаинформацию. Функция MRF делится на две части:

· MRFC – Media Re- source Function Controller

 

· MRFP – Media Resource Function Processor.

 

MRFC находится на сигнальном уровне и взаимодействует с S-CSCF по протоколу SIP. Используя полученные инструкции, MRFC управляет по протоколу Megaco/H.248 процессором MRFP, находящимся на уровне передачи данных, а тот выполняет все манипуляции с медиаинформацией.

 

6. Функция BGCF

 

 

Breakout Gateway Control Function – это SIP-сервер, способный вы полнять маршрутизацию вызовов на основе телефонных номеров. BGCF используется только в тех случаях, когда сеанс инициируется IMS- терминалом, а адресатом является абонент сети с коммутацией каналов (например, ТфОП или мобильной сети 2G). Основными задачами BGCF яв ляется выбор той IMS-сети, в которой должно происходить взаимодействие с сетью коммутации каналов, или выбор подходящего ТфОП/CS шлюза, если это взаимодействие должно происходить в сети, где находится сам сервер BGCF. В первом случае BGCF переводит сеанс к BGCF выбранной сети, а во втором – к выбранному ТфОП/CS шлюзу.

 

 

Шлюз ТфОП/CS

 

 

Шлюз ТфОП/CS поддерживает взаимодействие IMS-сети с ТфОП и позволяет устанавливать соединения между пользователями этих сетей. Он имеет распределенную структуру, характерную для архитектуры Softswitch:

 

· SGW – Signaling Gateway

 

· MGCF – Media Gateway Control Function

 

· MGW – Media Gateway.

 

 

 

8. Шлюз безопасности SEG

 

Для того чтобы защитить уровень управления в домене безопасности (security domain), представляющем собой такую область сети, которая принадлежит одному провайдеру услуг, в которой действуют единые административные правила и сетевая политика, трафик на входе в этот домен и на выходе из него будет проходить через шлюз безопасности SEG (Security Gateway). Как правило, границы домена безопасности совпадают с границами сети провайдера, а шлюзов SEG в сети провайдера обычно присутствует несколько. В качестве SEG часто выступают пограничные контроллеры SBC.

 

 

Основные протоколы IMS

Архитектура IMS представляет собой набор функциональных объектов, соединенных стандартными интерфейсами. Взаимодействие функциональных объектов IMS осуществляется с использованием протоколов сети Интернет.

Протоколы подсистемы IMS обеспечивают управление мультимедийными сессиями (SIP, SDP), передачу пользовательского трафика (RTP и RTCP), регистрацию, аутентификацию, авторизацию, поддержку мобильности пользователя (Diameter).

Протокол H.248 используется для управления пользовательским трафиком при оказании услуг и взаимодействии сетей.

Перечень возможных интерфейсов (внешних и внутренних), реализованных в архитектуре IMS, представлен в табл. 2.

 

Табл. 2

Cx	Взаимодействие между CSCF и HSS
Gm	Обмен сообщениями между оборудованием пользователя и функциями CSCF
ISC	Обмен сообщениями между функциями CSCF и серверами приложений AS
Ix	Взаимодействие между элементами IBCF и TrGW
Izi	Взаимодействие между TrGW и пограничными шлюзами различных мультимедийных сетей
Mi	Обмен сообщениями между S-CSCF и BGCF
Mj	Обмен сообщениями между BGCF и MGCF в одной IMS сети
Mn	MGCF управляет оборудования медиа шлюза IMS-MGW
Mw	Обмен сообщениями между функциями CSCF
Mx	Обмен сообщениями между I-CSCF/BGCF и IBCF

 

 

Протокол SIP

Протокол установления сеанса SIP (Session Initiation Protocol) — протокол передачи данных, который описывает способ установления и завершения пользовательского интернет-сеанса, включающего обмен мультимедийным содержимым (видео - и аудиоконференция, мгновенные сообщения, онлайн-игры).

Протокол описывает, каким образом клиентское приложение может запросить начало соединения у другого, возможно, физически удалённого клиента, находящегося в той же сети, используя его уникальное имя. Протокол определяет способ согласования между клиентами об открытии каналов обмена на основе других протоколов, которые могут использоваться для непосредственной передачи информации (например, RTP). Допускается добавление или удаление таких каналов в течение установленного сеанса, а также подключение и отключение дополнительных клиентов (то есть допускается участие в обмене более двух сторон — конференцсвязь). Протокол также определяет порядок завершения сеанса.