Конвергенция сетей связи на базе технологии IMS

 

q Концепция (архитектура) IMS является развитием т.н. архитектуры сети последующих поколений (NGN), обеспечивающим расширение возможностей сети связи в реализации разнообразных сервисов на базе отделения уровня инфраструктуры от уровня сервиса.

q В силу направленности на мультимедийный сервис концепция IMS не рассматривает телефонию как основой вид услуг. Фактически, телефония в архитектуре IMS эмулируется, а голосовые соединения обеспечиваются технологическим способом, принципиально отличным от «классической» телефонии

Архитектура сети IMS – это территориально распределенное «облако», использующее «плоскую» (неиерархическую) сеть передачи данных для соединения между собой основных функциональных элементов IMS инфраструктуры

Для IMS разработана многоуровневая архитектура с разделением транспорта переноса трафика и сигнальной сети IMS для управления сеансами (рис. 1).

Таким образом, при разработке IMS на мобильные сети фактически перенесена основная идеология Softswitch.

В IMS выделяются

1) пользовательский уровень или уровень передачи данных (User Plane),

2) уровень управления (Control Plane) и

3) уровень приложений (Application Plane).

В этих плоскостях 3GPP специфицирует не узлы сети, а функции. Это означает, что IMS-архитектура, как и архитектура Softswitch, также представляет собой набор функций, соединенных стандартными интерфейсами. При этом в случае IMS функции тоже оказываются описанными в стандартах. Разработчики вправе скомбинировать несколько функций в одном физическом объекте или, наоборот, реализовать одну функцию распределенным образом.

 

Ò Уровень серверов приложений

Ð AS – Сервера приложений

Ð TAS – Сервер телефонных приложений

Ð IM-SSF – Функция коммутации услуг

Ð OSA-GW – Шлюз к Parlay API

Ò Уровень управления сеансом

Ð CSCF – Функция управления сессиями и вызовами

Ð HSS – Сервер абонентских данных

Ð MRFC – Функция управления медиа-сервером

Ð MGFC – Функция управления шлюзами

Ò Уровень транспорта и абонентских устройств

Ð MRFP - Медиа-сервер

Ð MGFP - Медиа-шлюз

Ð Абонентский доступ

 

Упрощённая архитектура IMS

 

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.

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 взаимодействия (на сигнальном уровне) пользовательского IMS-терминала и

IMS-сети. С точки зрения SIP, она является входящим/исходящим прокси-

сервером, 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.

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.

Серверы приложений

Серверы приложений (Application Servers), по существу, не являются

элементами IMS, а работают, условно говоря, поверх нее, предоставляя услуги

в сетях, построенных согласно IMS-архитектуре. Серверы приложений

взаимодействуют с функцией S-CSCF по протоколу SIP. Основными

функциями серверов приложений являются обслуживание и модификация

SIP-сеанса, создание SIP-запросов, передача данных тарификации в центры

начисления платы за услуги связи.

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 Resource

Function Controller и 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.

Функция BGCF

Breakout Gateway Control Function – это SIP-сервер, способный выполнять

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 является 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

и MGW – Media Gateway.

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.