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Subsistema multimedia IP

El subsistema multimedia IP o subsistema de red central multimedia IP ( IMS ) es un marco arquitectónico estandarizado para la prestación de servicios multimedia IP. Históricamente, los teléfonos móviles han proporcionado servicios de llamadas de voz a través de una red de conmutación de circuitos , en lugar de hacerlo estrictamente a través de una red de conmutación de paquetes IP . Hay varias tecnologías de voz sobre IP disponibles en los teléfonos inteligentes; IMS proporciona un protocolo estándar para todos los proveedores.

IMS fue diseñado originalmente por el organismo de normalización inalámbrica 3rd Generation Partnership Project (3GPP), como parte de la visión de desarrollar redes móviles más allá de GSM . Su formulación original (3GPP Rel-5) representó un enfoque para la entrega de servicios de Internet sobre GPRS . Esta visión fue actualizada posteriormente por 3GPP, 3GPP2 y ETSI TISPAN al requerir soporte de redes distintas de GPRS , como LAN inalámbrica , CDMA2000 y líneas fijas.

IMS utiliza protocolos IETF siempre que sea posible, por ejemplo, el Protocolo de inicio de sesión (SIP). Según el 3GPP, IMS no tiene como objetivo estandarizar aplicaciones, sino más bien facilitar el acceso a aplicaciones multimedia y de voz desde terminales inalámbricos y alámbricos, es decir, crear una forma de convergencia fijo-móvil (FMC). [1] Esto se hace al tener una capa de control horizontal que aísla la red de acceso de la capa de servicio . Desde una perspectiva de arquitectura lógica, los servicios no necesitan tener sus propias funciones de control, ya que la capa de control es una capa horizontal común. Sin embargo, en la implementación esto no necesariamente se traduce en una mayor reducción de costos y complejidad.

Las tecnologías alternativas y superpuestas para el acceso y la prestación de servicios a través de redes cableadas e inalámbricas incluyen combinaciones de red de acceso genérico , softswitches y SIP "desnudo".

Dado que cada vez es más fácil acceder a contenidos y contactos mediante mecanismos que escapan al control de los operadores inalámbricos/fijos tradicionales, el interés del IMS se ve puesto en tela de juicio. [2]

Entre los estándares globales basados ​​en IMS se encuentran MMTel , que es la base para la voz sobre LTE ( VoLTE ), llamadas por Wi-Fi (VoWIFI), video sobre LTE (ViLTE), SMS/MMS sobre Wi-Fi y LTE, datos de servicio suplementario no estructurados (USSD) sobre LTE y Rich Communication Services (RCS), también conocido como joyn o mensajería avanzada, y ahora RCS es la implementación del operador. RCS también agregó la funcionalidad de presencia/EAB (libreta de direcciones mejorada). [3]

Historia

Algunos operadores se opusieron al IMS porque lo consideraban complejo y costoso. En respuesta, en 2010 se definió y estandarizó una versión reducida del IMS (suficientemente IMS para soportar voz y SMS sobre la red LTE) llamada Voz sobre LTE (VoLTE). [6]

Arquitectura

Descripción general de la arquitectura IMS de 3GPP/TISPAN
Descripción general de la arquitectura IMS de 3GPP/TISPAN: HSS en la capa IMS (según el estándar)

A continuación se explica cada una de las funciones del diagrama.

El subsistema de red central multimedia IP es una colección de diferentes funciones, vinculadas por interfaces estandarizadas, que agrupadas forman una red administrativa IMS. [7] Una función no es un nodo (caja de hardware): un implementador es libre de combinar dos funciones en un nodo, o de dividir una sola función en dos o más nodos. Cada nodo también puede estar presente varias veces en una sola red, por cuestiones de dimensionamiento, equilibrio de carga o de organización.

Red de acceso

El usuario puede conectarse a IMS de varias maneras, la mayoría de las cuales utilizan el estándar IP. Los terminales IMS (como teléfonos móviles , asistentes digitales personales (PDA) y computadoras) pueden registrarse directamente en IMS, incluso cuando están en roaming en otra red o país (la red visitada). El único requisito es que puedan usar IP y ejecutar agentes de usuario SIP. El acceso fijo (por ejemplo, línea de abonado digital (DSL), módems de cable , Ethernet , FTTx ), el acceso móvil (por ejemplo, 5G NR , LTE , W-CDMA , CDMA2000 , GSM , GPRS ) y el acceso inalámbrico (por ejemplo, WLAN , WiMAX ) son compatibles. Otros sistemas telefónicos como el servicio telefónico tradicional (POTS, los viejos teléfonos analógicos), H.323 y sistemas no compatibles con IMS, son compatibles a través de puertas de enlace .

Red central

HSS – Servidor de abonado local:
El servidor de abonado local (HSS), o función de servidor de perfiles de usuario (UPSF), es una base de datos maestra de usuarios que respalda a las entidades de red IMS que realmente manejan las llamadas . Contiene la información relacionada con la suscripción ( perfiles de abonado ), realiza la autenticación y autorización del usuario y puede proporcionar información sobre la ubicación del abonado y la información de IP. Es similar al registro de ubicación local GSM (HLR) y al centro de autenticación (AuC).

Se necesita una función de ubicación de suscriptor (SLF) para mapear las direcciones de los usuarios cuando se utilizan múltiples HSS.

Identidades de usuario:
Se pueden asociar varias identidades con IMS: identidad privada multimedia IP (IMPI), identidad pública multimedia IP (IMPU), URI de agente de usuario enrutable globalmente (GRUU), identidad pública de usuario con comodín. Tanto IMPI como IMPU no son números de teléfono ni otras series de dígitos, sino identificadores uniformes de recursos (URI), que pueden ser dígitos (un URI de teléfono, como tel:+1-555-123-4567 ) o identificadores alfanuméricos (un URI de SIP, como sip:[email protected]").

Identidad privada multimedia IP:
La identidad privada multimedia IP (IMPI) es una identidad global única asignada de forma permanente por el operador de red local. Tiene la forma de un identificador de acceso a la red (NAI), es decir, nombre.usuario@dominio, y se utiliza, por ejemplo, para fines de registro, autorización, administración y contabilidad. Cada usuario de IMS debe tener una IMPI.

Identidad pública multimedia IP:
la identidad pública multimedia IP (IMPU) la utiliza cualquier usuario para solicitar comunicaciones a otros usuarios (por ejemplo, puede incluirse en una tarjeta de visita ). También se la conoce como dirección de registro (AOR). Puede haber varias IMPU por IMPI. La IMPU también se puede compartir con otro teléfono, de modo que se pueda contactar a ambos con la misma identidad (por ejemplo, un único número de teléfono para toda una familia).

URI de agente de usuario enrutable globalmente:
El URI de agente de usuario enrutable globalmente (GRUU) es una identidad que identifica una combinación única de IMPU y instancia de UE . Hay dos tipos de GRUU: GRUU público (P-GRUU) y GRUU temporal (T-GRUU).

Identidad de usuario pública con comodín:
una identidad de usuario pública con comodín expresa un conjunto de IMPU agrupados.

La base de datos de suscriptores de HSS contiene IMPU, IMPI, IMSI , MSISDN , perfiles de servicio de suscriptores, activadores de servicio y otra información.

Función de control de sesión de llamada (CSCF)

Se utilizan varias funciones de servidores o proxies SIP, denominadas colectivamente Función de control de sesión de llamada (CSCF), para procesar paquetes de señalización SIP en el IMS.

Servidores de aplicaciones

Los servidores de aplicaciones SIP (AS) alojan y ejecutan servicios , e interactúan con el S-CSCF mediante SIP. Un ejemplo de un servidor de aplicaciones que se está desarrollando en 3GPP es la Función de continuidad de llamadas de voz (Servidor VCC). Dependiendo del servicio real, el AS puede operar en modo proxy SIP, modo SIP UA ( agente de usuario ) o modo SIP B2BUA . Un AS puede estar ubicado en la red doméstica o en una red externa de terceros. Si está ubicado en la red doméstica, puede consultar el HSS con las interfaces Diameter Sh o Si (para un SIP-AS).

Modelo funcional

El AS-ILCM (Application Server - Incoming Leg Control Model) y el AS-OLCM (Application Server - Outgoing Leg Control Model) almacenan el estado de la transacción y, opcionalmente, pueden almacenar el estado de la sesión según el servicio específico que se esté ejecutando. El AS-ILCM interactúa con el S-CSCF (ILCM) para un tramo de entrada y el AS-OLCM interactúa con el S-CSCF (OLCM) para un tramo de salida. La lógica de aplicación proporciona los servicios e interactúa entre el AS-ILCM y el AS-OLCM.

Identidad del servicio público

Las identidades de servicio público (PSI) son identidades que identifican servicios alojados por servidores de aplicaciones. Como identidades de usuario, las PSI toman la forma de un SIP o Tel URI. Las PSI se almacenan en el HSS como una PSI distinta o como una PSI con comodín:

Servidores de medios

La función de recursos multimedia (MRF) proporciona funciones relacionadas con los medios, como manipulación de medios (por ejemplo, mezcla de flujo de voz) y reproducción de tonos y anuncios.

Cada MRF se divide a su vez en un controlador de función de recursos multimedia (MRFC) y un procesador de función de recursos multimedia (MRFP).

El Media Resource Broker (MRB) es una entidad funcional que se encarga tanto de la recopilación de información MRF publicada apropiada como de suministrar información MRF apropiada a entidades consumidoras como el AS. El MRB se puede utilizar de dos modos:

Puerta de enlace de ruptura

Una función de control de puerta de enlace de conexión (BGCF) es un proxy SIP que procesa solicitudes de enrutamiento desde un S-CSCF cuando el S-CSCF ha determinado que la sesión no se puede enrutar mediante DNS o ENUM/DNS. Incluye una funcionalidad de enrutamiento basada en números de teléfono.

Puertas de enlace PSTN

Una puerta de enlace PSTN/CS interactúa con redes conmutadas por circuitos (CS) PSTN . Para la señalización, las redes CS utilizan la parte de usuario ISDN (ISUP) (o BICC ) sobre la parte de transferencia de mensajes (MTP), mientras que IMS utiliza SIP sobre IP. Para los medios, las redes CS utilizan la modulación por pulsos codificados (PCM), mientras que IMS utiliza el protocolo de transporte en tiempo real (RTP).

Recursos de medios

Los recursos multimedia son aquellos componentes que operan en el plano multimedia y están bajo el control de las funciones principales de IMS. En concreto, Media Server (MS) y Media Gateway (MGW)

Interconexión NGN

Existen dos tipos de interconexión de redes de próxima generación :

Un modo de interconexión NGN puede ser directo o indirecto. La interconexión directa se refiere a la interconexión entre dos dominios de red sin ningún dominio de red intermedio. La interconexión indirecta en una capa se refiere a la interconexión entre dos dominios de red con uno o más dominios de red intermedios que actúan como redes de tránsito. Los dominios de red intermedios proporcionan funcionalidad de tránsito a los otros dos dominios de red. Se pueden utilizar diferentes modos de interconexión para transportar la señalización de la capa de servicio y el tráfico de medios.

Cargando

El cobro offline se aplica a los usuarios que pagan sus servicios periódicamente (por ejemplo, a fin de mes). El cobro online , también conocido como cobro basado en crédito, se utiliza para servicios prepagos o para el control de crédito en tiempo real de servicios pospagos. Ambos pueden aplicarse a la misma sesión.

Las direcciones de función de cobro son direcciones distribuidas a cada entidad IMS y proporcionan una ubicación común para que cada entidad envíe información de cobro. Las direcciones de función de datos de cobro (CDF) se utilizan para la facturación fuera de línea y las direcciones de función de cobro en línea (OCF) para la facturación en línea.

Arquitectura PES basada en IMS

El PES basado en IMS (sistema de emulación PSTN) proporciona servicios de redes IP a dispositivos analógicos. El PES basado en IMS permite que los dispositivos que no son IMS aparezcan ante IMS como usuarios SIP normales. Los terminales analógicos que utilizan interfaces analógicas estándar pueden conectarse al PES basado en IMS de dos maneras:

Tanto A-MGW como VGW desconocen los servicios. Solo retransmiten la señalización de control de llamadas hacia y desde la terminal PSTN. El control y la gestión de la sesión se realizan mediante componentes IMS.

Descripción de interfaces

Arquitectura TISPAN IMS con interfaces

Manejo de sesiones

Una de las características más importantes de IMS, que permite que una aplicación SIP se active de forma dinámica y diferencial (según el perfil del usuario), se implementa como un mecanismo de señalización de filtrado y redireccionamiento en el S-CSCF.

El S-CSCF puede aplicar criterios de filtrado para determinar la necesidad de reenviar solicitudes SIP al AS. Es importante tener en cuenta que los servicios para la parte de origen se aplicarán en la red de origen, mientras que los servicios para la parte de destino se aplicarán en la red de destino, todo ello en los respectivos S-CSCF.

Criterios de filtrado iniciales

Un criterio de filtro inicial (iFC) es un formato basado en XML que se utiliza para describir la lógica de control. Los iFC representan una suscripción aprovisionada de un usuario a una aplicación. Se almacenan en el HSS como parte del perfil de suscripción de IMS y se descargan al S-CSCF al momento del registro del usuario (para usuarios registrados) o cuando se procesa la demanda (para servicios que actúan como usuarios no registrados). Los iFC son válidos durante la vida útil del registro o hasta que se cambia el perfil de usuario. [7]

El iFC está compuesto por:

Hay dos tipos de iFC:

Aspectos de seguridad de los primeros sistemas IMS y no 3GPP

Se prevé que la seguridad definida en TS 33.203 puede no estar disponible por un tiempo, especialmente debido a la falta de interfaces USIM / ISIM y la prevalencia de dispositivos que admiten IPv4 . Para esta situación, para proporcionar cierta protección contra las amenazas más significativas, 3GPP define algunos mecanismos de seguridad, que se conocen informalmente como "seguridad IMS temprana", en TR33.978. Este mecanismo se basa en la autenticación realizada durante los procedimientos de conexión a la red, que vincula el perfil del usuario y su dirección IP. Este mecanismo también es débil porque la señalización no está protegida en la interfaz usuario-red .

CableLabs, en PacketCable 2.0 , que también adoptó la arquitectura IMS pero no tiene capacidades USIM/ISIM en sus terminales, publicó deltas a las especificaciones 3GPP donde el Digest-MD5 es una opción de autenticación válida. Más tarde, TISPAN también hizo un esfuerzo similar dados sus alcances de redes fijas, aunque los procedimientos son diferentes. Para compensar la falta de capacidades IPsec, se agregó TLS como una opción para asegurar la interfaz Gm. Las versiones posteriores de 3GPP incluyeron el método Digest-MD5, hacia una plataforma Common-IMS, aunque con su propio enfoque y nuevamente diferente. Aunque las 3 variantes de autenticación Digest-MD5 tienen la misma funcionalidad y son las mismas desde la perspectiva del terminal IMS, las implementaciones en la interfaz Cx entre el S-CSCF y el HSS son diferentes.

Véase también

Referencias

  1. ^ Servicios del grupo de especificaciones técnicas y aspectos del sistema (2006), subsistema multimedia IP (IMS), etapa 2, TS 23.228 , proyecto de asociación de tercera generación
  2. ^ Alexander Harrowell, redactor (octubre de 2006), ¿Un subsistema multimedia inútil?, Mobile Communications International, archivado desde el original el 18 de septiembre de 2010
  3. ^ Zhao, Peng; Wei, Qun; Xia, Hailun; Zeng, Zhimin (2012), Tan, Honghua (ed.), "Un nuevo mecanismo de EAB en RCS" , Descubrimiento de conocimiento y minería de datos , Avances en computación inteligente y blanda, Berlín, Heidelberg: Springer, págs. 247–254, doi :10.1007/978-3-642-27708-5_33, ISBN 978-3-642-27708-5, consultado el 8 de abril de 2021
  4. ^ "Descripciones de versiones 3GPP". 3GPP .
  5. ^ ab "Dispelling LTE Myths" (Disipando los mitos sobre LTE). www.3gpp.org . Consultado el 8 de abril de 2021 .
  6. ^ Ian Poole, editor. "¿Qué es la voz sobre LTE, VoLTE?".
  7. ^ ab "Especificaciones de la etapa 2 del 3GPP".

Lectura adicional

Enlaces externos