IMS (IP multimédia alrendszer) Varga Pál
[email protected]
BME Távközlési és Médiainformatikai Tanszék
Thx: Vidács A., Szabó S., Zainkó Cs.
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
2
UMTS Architektúra R99
3
UMTS Architektúra fejlıdése - R4
4
UMTS Architektúra R5 – az IMS megjelenése
5
IMS architektúra [Clinton M. Banner]
6
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 circuitswitched) are supported.” … „On the other hand, there are divided opinions about its capability and utility.” 7
SIP SIP 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.”
8
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 sessionmenedzsment protokollja. • Több IMS specifikus speciális SIP funkcionalitást is definiál az IETF.
9
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. CISCO IP PHONE 7910
• A média sík elemei lehetnek pl. az átjárók, média szerverek és hangposta szerverek.
1
2 ABC
3
messages
DEF services
4 GHI
7
5 J KL
directories
i
settings
6 MNO
8
9
PQRS
TUV
WX YZ
*
0
#
OPER
• A vezérlési és média síkok az IMS architektúra kulcselemei! 10
Felhasználók igényei • A felhasználók már hozzászoktak ahhoz, hogy különféle csatornákon is hozzáférhetnek információhoz, szórakozáshoz és egyéb tartalom-gazdag szolgáltatásokhoz. • Többféle intelligens, kommunikációra képes készülékkel rendelkeznek. • 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. 11
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.
12
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 lehetıvé teszik a hálózatok és terminálok közötti együttmőködést.
13
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.
14
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).
15
További IMS szolgáltatás példák • Push-to-Talk cellás hálózatokban (PoC) • Valós idejő videó megosztás • „Az IMS a felmerült – peer-to-peer multimédia folyam felhasználói és • Interaktív alkalmazások szolgáltatói igények – Interaktív játékok kielégítésére hivatott.” – Megosztott mappák
• • • •
Instant Messaging Hangüzenetek (Voice Messaging) IMS alapú hang- és videótelefon Videó-konferencia
16
Milyen problémát old meg az IMS? pre-IMS:
C ISCO IP PH ONE 7910
1
2 ABC
3
mess ages
DEF servic es
4 G HI
7 PQRS
*
•
– Az intelligens eszközöket lokálisan kell konfigurálni; – Az egyszerő végberendezéseknek különféle, elkülönülten menedzselt szerverekhez kell csatlakozniuk.
9 WXYZ
0
#
settings
Wired VoIP Phone
Wired PC with VoIP Client
Wireless PC With VoIP Client
WiFi Access Point IP Network
WiFi Access Point
rfaces
Wireless PDA
ay Inte Gatew
•
`
directories
i
6 MNO
8 TUV
ay In te rfa ce s
•
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 birtokló felhasználó esetében
Ga te w
•
5 JKL
OPER
PLMN Mobile Handset Cell
Ga tew
ay Int erf ac
es
PSTN POTS
17
Az IP alapú szolgáltatások kontrollálása az IMS-ben
• Az IP hálózat a végpontok között szabad kommunikációt tesz lehetıvé • Az IMS vezérli a SIP kapcsolatokat 18
IMS megoldás pre-IMS
CISCO IP PHONE 7 910
1
2 ABC
3
messages
DEF services
4 GHI
7 PQR S
*
5 JKL
directories
i
sett ings
6 MN O
8
9
TUV
WX YZ
0
#
OPER
CISCO IP P HONE 7 910
1
2 ABC
3
me ss ag e s
D EF s erv c i es
4 GHI
7
`
5
6
J KL
MNO
8
9
PQRS
T UV
WXYZ
*
0
#
OPER
di rec tori es
i
s etti ng s
Wired VoIP Phone
Wired PC with VoIP Client
Wireless PC With VoIP Client
WiFi Access Point IP Network
Wireless PDA
WiFi Access Point
PLMN Mobile Handset Cell
Ga te
wa
y In
terf
ac
es
PSTN
Ga tew ay
Int erf ace s
way Gate
es rfac Inte
POTS
19
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.
20
Milyen problémát old meg az IMS? • Példa: – A felhasználó ugyanazt a telefonkönyvet látja a PDA-ján, WiFi laptopján és PC alapú VoIP 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 felhasználó beállításai alapján.
• Egy felhasználó összes eszköze egy konvergált megoldás része.
21
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, ... 22
IMS architektúra [Huawei]
23
IMS architektúra [IBM]
24
(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
25
IMS Architektúra és az egyes elemek funkciói HSS Jelzés/vezérlés Forgalom
IMS
Subscriber Service) tartalmazza az elıfizetık IMS service Más profilját .
Cx I-CSCF
IP/ IMS hálózat
Cx
Mw P-CSCF
A HSS (Home I-CSCF
S-CSCF
Mm Gi
Go Gi
UTRAN
UE
SGSN
PS tartomány
GGSN
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)
S-CSCF köt össze külsı IP hálózatokkal és más IMS hálózatokkal
A csomagkpacsolt hozzáférési hálózat (PS) biztosítja az IP hordozó szolgáltatást, ami az IMS eléréséhez szükséges.
26
IMS architektúra komponensei • HSS (Home Subscriber Service) – Az egyik kulcskomponens. – Központosított vezérlési és menedzsment pont, amely a felhasználó eszközeit, 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.
27
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)
28
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, ...)
29
IMS architektúra komponensei • Interrogating-CSCF (I-CSCF) – Akkor van szükség rá, amikor egy eszköz elsı ízben regisztrál, és a PCSCF nem tudja meghatározni, hogy melyik S-CSCF-nek továbbítsa a kérést. – Az I-CSCF lekérdezésével meghatározható a felhasználó/eszközhöz tartozó S-CSCF.
30
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
31
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. 32
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
33
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.
34
Kapcsolatfelépítés az IMS segítségével SGSN
SIP Session felépítés
CSCF felépíti a SIP session-t a hívott terminál felé, vagy továbbítja a kérést másik CSCF felé.
BGCF
CSCF
SIP
UMS
GGSN
GPRS/EDGE/ UTRAN/GERAN CSCF lekérdezi a HSS-bıl a felhasználó helyét
Az adatfolyam optimális útvonalon
SIP
IP gerinchálózat
GGSN
GPRS/EDGE/ UTRAN/GERAN SIP
SIP jelzések
IMS
MS A
GGSN-A
adatfolyam
MS B
GGSN-B
35
Média, transzport és kodek IMS MS A
MS B
SIP/SDP Signalling RTP / Media Session GGSN-B
GGSN-A SIP transports SDP
SDP describes media stream (codec)
SDP SIP
RTP
RTP
RTP
(Video1)
(Audio1)
(Video2)
UDP
TCP IP
2G – 3G GPRS (or WLAN, 3GPP2,...) 36
Szolgáltatás létrehozása és nyújtása IMS-ben • Közös funkciók – Az IMS vízszintes rétegzett architektúra lehetıvé teszi az elszakadást a hagyományos függıleges „kályhacsı” implementációktól.
37
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. 38
Szolgáltatás létrehozása és nyújtása IMS-ben • Szolgáltatás nyújtása – Az IMS-ben a felhasználó egy dinamikusan hozzárendelt, felhasználócentrikus, szolgáltatás-független és szabványos hozzáférési ponton keresztül 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.
39
Szolgáltatás létrehozása és nyújtása IMS-ben • Szolgáltatás együttmőködés (interoperability) – Szolgáltatásonként különbözı együttmőködési relációk és megállapodások helyett az IMS lehetıvé teszi egyetlen operátorok közötti megállapodás létrejöttét és az erre való hivatkozást minden szolgáltatás esetében.
pre-IMS:
IMS:
40
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 történı kommunikációhoz. – 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 architektúra valóban végponttól végpontig terjed.
41
Fix-mobil konvergencia • Az IMS egy vezetéknélküli (mobil) hálózatokra megalkotott szabványként indult. Azonban hamar kiderült a benne rejlı potenciál 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 különbözı jellemzıinek. – 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.
42
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.
43
Az IMS fejlıdése (2) • 2005: Nagymérető NGN hálózatokat telepítenek a hagyományos PSTN hálózatok felváltására. • -2010:A SoftSwitch-ek az IMS megoldás részei, a PSTN migráció elısegítésére. 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...?
44
