IMS

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání

IP Multimedia Subsystem (IMS) je mezikrokem při vývoji telefonních sítí GSM/UMTS na sítě Long Term Evolution (LTE). IMS rozšiřuje architekturu stávajících GSM/UMTS sítí o část pro multimediální přenosy pomocí technologie přepojování paketů. Multimediálními přenosy jsou myšleny jak běžné telefonní hovory, konferenční hovory, tak i libovolné přenosy zvuku a videa včetně streamingu, dále chaty a instant messaging (textová interaktivní komunikace, včetně informací o stavu účastníka), hraní real-timových her apod.

Stávající GSM/UMTS sítě druhé a třetí generace používají pro přenos telefonních hovorů technologii přepojování okruhů, pro přenos dat technologii přepojování paketů a pro signalizaci Signalizační systém č. 7.

Nově zaváděné sítě LTE jsou založené na protokolu IP, pro veškerou komunikaci používají technologii přepojování paketů a pro signalizaci protokol SIP. LTE sítě poskytují mnohem vyšší komunikační rychlosti s menší latencí. Protože sítě LTE pracují pouze s přepojováním paketů, předpokládá se, že i v nich bude pro telefonní hovory (a jiné multimediální přenosy) použito IMS.

Telefonní operátoři si od nástupu IMS slibují, že odvrátí současný trend, kdy stále více poskytují holé přenosové služby bez vyšší přidané hodnoty, stejně jako lepší možnost pružně inovovat a zavádět nové služby.

Definice IMS[editovat | editovat zdroj]

Podle 3GPP TS 23.002[1] IP Multimedia subsystem (IMS) obsahuje všechny prvky jádra sítě pro poskytování IP multimediálních služeb, které zahrnujících audio, video, text, chat atd. a jejich kombinace přenášené přes doménu přepojování paketů. Entity patřící k IMS jsou CSCF, MGCF, MRF, atd. definované v dokumentu TS 23.228 – IM subsystém, fáze 2[2]. Příklady služeb IMS jsou uvedeny v dokumentu TS 22.228[3].

Začlenění IMS do telefonních sítí[editovat | editovat zdroj]

3GPP / TISPAN IMS architektura [(c) ngnlab.eu]

IMS je do mobilních telefonních sítě začleněno jako nová vrstva obsahující všechny prvky, které slouží k poskytování multimediálních služeb pomocí domény přepojování paketů.

Jádro současných telefonních sítí lze rozdělit na dvě části:

Cílem IMS je umožnit přenos telefonních hovorů (a multimediální komunikace obecně) PS doménou.

IMS předpokládá, že současné mobilní i pevné telefonní sítě se vyvinou v Next Generation Networks (NGN), jejichž jádro nebude používat stávající signalizační systém SS7, ale protokoly využívající IP, pro signalizaci protokol SIP (Session Initiation Protocol). Pro přístup k síti se budou používat mobilní terminály, které budou kromě současných i nastupujících přístupových technologií (GSM, GPRS, UMTS, CDMA) moci používat i drátové telefonní linky (xDSL) a bezdrátové sítě (WiFi, WiMAX).

Tím by se mělo postupně dojít k fixně-mobilní konvergenci i ke konvergenci mobilních a datových sítí.

IMS integruje a podporuje stávající systémy telefonie (jak s přepojováním paketů tak s přepojováním okruhů).

IMS je součástí rozsáhlé hazardní hry 3. generace, živené mobilními operátory usilujícími o získání kontroly nad rozsáhlým novým internetovým médiem a jeho zpeněžení. Nabízí robustní infrastrukturu pro vývoj a nasazení různých síťových služeb a dat ze společné sítě s přístupem z různých přístupových sítí. Vývoj a výzkum, který se uskutečňuje v této oblasti usiluje učinit IMS normou pro vysokorychlostní přístup k sítím.[4].

Struktura IMS[editovat | editovat zdroj]

Přístupová síť[editovat | editovat zdroj]

IMS bývá označováno jako access-agnostic, což znamená, že nebízené služby by neměly být ovlivněny způsobem přístupu k síti. Uživatel se může k IMS připojovat různými způsoby, z nichž většina používá protokol IP. IMS terminály (např. mobilní telefony, osobní digitální pomocníky (PDA) a počítače) se mohou registrovat přímo na IMS, i když roamují v jiné síti, nebo zemi (navštívená síť). Jediným požadavkem je, aby mohly používat IP a spustit uživatelský agent SIP. IMS přímo podporuje následující metody přístupu:

Ostatní telefonní systémy, jako tradiční analogový telefonní systém (POTS), H.323 a IMS nekompatibilní VoIP systémy, jsou podporovány prostřednictvím bran.

Jádro sítě[editovat | editovat zdroj]

HSS - Home Subscriber Server[editovat | editovat zdroj]

Domovský účastnický server (HSS), neboli User Profile Server (UPSF), je hlavní uživatelská databáze, která slouží entitám IMS sítě, které skutečně realizují volání. Obsahuje informace o účastníkovi (účastnické profily), provádí ověřování a autorizaci účastníků, poskytuje informace o umístění účastníka a informace o parametrech IP protokolu. Funguje podobně jako domovský registr (Home Location Register HLR) a Autentizační centrum (Authentication Centre AuC) v GSM síti.

Pokud se používá více HSS, je nutné používat entitu User Location Function (ULF).

CSCF - Call Session Control Function[editovat | editovat zdroj]

Funkci SIP serverů a proxy, které slouží pro zpracování signalizačních zpráv protokolu SIP, plní v IMS entity nazývané Call Session Control Function (CSCF). Existuje několik druhů CSCF:

  • Proxy CSCF (P-CSCF) je prvním kontaktním místem pro IMS terminál
  • Serving CSCF (S-CSCF) provádí SIP registraci
  • Interrogating CSCF (I-CSCF) slouží pro dotazy prvků vně sítě

Historie[editovat | editovat zdroj]

IMS bylo v roce 1999 definováno průmyslovým fórem 3G.IP. Ve verzi 5 GSM (3. Generation Partnership Project – 3GPP), bylo vydáno jako součást práce v oblasti norem pro mobilní telefony systémů 3G v UMTS sítích. Byla přidána podpora protokolu SIP, ale podpora pro starší GSM a GPRS sítě zůstala zachována.

Sdružení 3GPP2, které se zabývá vývojem standardů pro CDMA2000, vytvořilo Multimediální Doménu (MMD) pro CDMA2000.

3GPP Release 6 přidává přístup z WLAN, interoperabilitu mezi IMS pomocí různých připojených IP sítí, skupinové směrování identity, vícenásobné registrace a větvení, přítomnost rozpoznávání řeči a Push to talk.

3GPP Release 7 – přidává podporu pro pevné sítě.

3GPP Release 8 – pridává podporu pro Long Term Evolution (LTE), System Architecture Evolution (SAE), multimediální kontinuitu spojení, rozšířené pohotovostní spojení a centralizované služby IMS.

3GPP release 9 – přidává podporu pro nouzová volání pomocí IMS přes GPRS a EPS, vylepšení multimediální telefonie, bezpečnost IMS media plane, vylepšení pro centralizaci služeb a kontinuitu.

3GPP release 10 – přidává podporu pro přenosy mezi zařízeními, vylepšení pro single radio voice call continuity (SRVCC), vylepšení pro IMS nouzové relace.

3GPP release 11 – přidává podporu pro simulaci služeb Unstructured Supplementary Service Data (USSD), informace o umístění účastníka poskytované sítí (network-provided location information for IMS), odesílání a doručování SMS v IMS bez použití telefonního čísla (MSISDN) a řízení přetížení.

Technologické řešením IMS[editovat | editovat zdroj]

IMS používá paketově uspořádaný provoz s priorizací real-time obsahu (zvuk, video), tedy obdobu QoS (Quality of Service) z IP sítí. Díky této priorizaci může být stejně odbavován hlasový, jako datový přenos – vše putuje All-IP sítí. Řídící a datové kanály jsou oddělné jako v moderních telefonních sítích. Místo signalizační systém SS7 se pro signalizaci používá Session Initiation Protocol (SIP). IMS doména kromě těchto změn zahrnuje ještě další odlišnosti:

  • Není potřeba oddělené MSC a SGSN
  • HLR a AuC je spolu s dalšími funkcemi integrováno do HSS – Home Subscriber Server

Původní MSC z CS domény je v IMS rozděleno na dva logické prvky: media gateway (MGW) a MSC server (označuje se rovněž jako MSC, od Release 5 se tím myslí MSC server). Řídící logika zůstává na MSC serveru, zatímco MGW přejímá samotné spínání, tedy přenos dat. Oddělení řízení od samotného datového provozu dovoluje síti využívat efektivnější směrování pro vysokorychlostní data, neboť malé řídící povely se přenášejí jinou cestou a nemíchají se s velkými objemy dat.

Z hlediska konstrukčního se předpokládá, že MSC i MGW může být dodáváno ve společném fyzickém provedení nebo odděleně a to v závislosti na tom, jak se dodavateli podaří ne/vyřešit upgrade stávajícího MSC u operátora.

Vzhledem k tomu, že veškerý provoz v IMS doméně je paketový, je přenášen pomocí SGSN/GGSN. Přístupové řízení obstarává nový systém HSS kombinující funkce HLR a AuC, který schraňuje uživatelská nastavení a údaje.

Hlavní částí IMS je entita zvaná CSCF, Call Session Control Function, Řízení funkcí hovorů a seancí. IMS má k dispozici tři druhy CSCF:

  • Serving CSCF (S-CSCF), tedy obslužné CSCF
  • Proxy CSCF (P-CSCF)
  • Interrogating CSCF (I-CSCF), dotazovací CSCF

Kritika IMS[editovat | editovat zdroj]

Řešení IMS by se dalo označit za geniální a všeřešící, nebýt několika závažných problémů, které s sebou přináší. Především je nutno si uvědomit, že všechny existující a v dohledné době vznikající 3G sítě toto řešení neobsahují a práci s ním nezvládají žádné mobilní telefony, ať již W-CDMA nebo CDMA2000. V případě WCDMA jsou všechny mobilní sítě i telefony stavěny na bázi tzv. Release 99, která IMS specifikaci neobsahuje. V okamžiku příchodu IMS na trh se operátoři budou muset vypořádat se stávajícími klienty a prozatím neexistuje žádné „zapouzdření“ stávajících paketových a okruhových přenosů do IMS domény tak, aby dnes prodávané mobilní telefony mohly pracovat výhradně v IMS. Východisko z toho je nepochybně velmi jednoduché – operátoři ponechají v provozu paketové i okruhové domény a adaptaci IMS budou přijímat velmi vlažně, pokud vůbec, protože jejich problémy nevyřeší v nejbližších pěti letech a bude znamenat jen další investiční a provozní náklady.

Druhým problémem IMS je fakt, že neexistuje. Ačkoliv v případě WCDMA je specifikace Release 4 již rok na světě, výrobci mají zatím k dispozici prototypová a zkušební řešení, případně hezké barevné letáčky. Na praktickou implementaci do sítí je to příliš málo. Problémy s praktickou realizací VoIP pro kvalitní přenos hlasu v paketovém prostředí jsou zatím příliš velké a odhaduje se, že první použitelné IMS systémy budou výrobci schopni dodávat kolem roku 2007-8, tedy v době, kdy už většina UMTS sítí bude zainvestovaná a operátoři budou mít prodané stamiliony mobilních telefonů bez podpory IMS. I v mobilech totiž podpora IMS zatím chybí.

Poslední bolístkou IMS je skutečnost, že neřeší důsledně problém zpoždění dat – jejich veliké latence při průchodu mobilní sítí. Až půlvteřinová latence, jakou nabírají data v GPRS sítí se sice v 3G sítích o něco snižuje, ale ani IMS se zřejmě nepodaří latenci zredukovat na desítky milivteřin. Pro správné fungování VoIP není totiž ani tak podstatná latence, jako jitter, rozptyl ve zpoždění. Proto se všechna řešení IMS zaměřují především na zredukování rozptylu a snižování latence je na vedlejší koleji.

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. [ http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/23002.htm 3GPP TS 23.002 ] – Architektura sítě (anglicky Network architecture)
  2. [ http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/23228.htm 3GPP TS 23.228 ] – IP Multimedia Subsystem (IMS); Stage 2 (anglicky IP Multimedia Subsystem (IMS); Stage 2)
  3. [ http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/22228.htm 3GPP TS 22.228 ] – Servisní požadavky na IMS – subsystém multimediálního jádra sítě používající Internet protokol (IP); fáze 1 (anglicky Service requirements for the Internet Protocol (IP) multimedia core network subsystem (IMS); Stage 1)
  4. [ http://ipv6.com/articles/general/IP_IMS.htm IP IMS (IP Multimedia Subsystem)]

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]