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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 brindar servicios multimedia IP . Históricamente, los teléfonos móviles han proporcionado servicios de llamadas de voz a través de una red de circuitos conmutados , en lugar de estrictamente a través de una red de paquetes IP conmutados . Hay varias tecnologías de voz sobre IP disponibles en los teléfonos inteligentes; IMS proporciona un protocolo estándar entre proveedores.

IMS fue diseñado originalmente por el organismo de estándares inalámbricos 3rd Generation Partnership Project (3GPP), como parte de la visión de la evolución de las redes móviles más allá de GSM . Su formulación original (3GPP Rel-5) representó un enfoque para brindar servicios de Internet a través de GPRS . Esta visión fue posteriormente actualizada por 3GPP, 3GPP2 y ETSI TISPAN al requerir soporte de redes distintas a 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 pretende estandarizar aplicaciones, sino más bien ayudar al acceso de aplicaciones multimedia y de voz desde terminales inalámbricos y alámbricos, es decir, crear una forma de convergencia fijo-móvil (FMC). [1] Esto se hace teniendo 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 el suministro de servicios a través de redes cableadas e inalámbricas incluyen combinaciones de red de acceso genérica , conmutadores de software y SIP "desnudo".

Dado que cada vez es más fácil acceder a contenidos y contactos utilizando mecanismos fuera del control de los operadores inalámbricos/fijos tradicionales, el interés de IMS está siendo cuestionado. [2]

Ejemplos de estándares globales basados ​​en IMS son MMTel , que es la base para Voz sobre LTE ( VoLTE ), llamadas Wi-Fi (VoWIFI), Video sobre LTE (ViLTE), SMS/MMS sobre WiFi y LTE, USSD sobre LTE y Rich. Servicios de comunicación (RCS), que también se conoce como joyn o mensajería avanzada, y ahora RCS es la implementación del operador. RCS también agregó la funcionalidad 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 de IMS (suficiente IMS para admitir voz y SMS a través de la red LTE) como Voz sobre LTE (VoLTE). [6]

Arquitectura

Descripción general de la arquitectura 3GPP / TISPAN IMS
Descripción general de la arquitectura 3GPP / TISPAN IMS – 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, unidas por interfaces estandarizadas, que se agrupan formando 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 organización.

Red de acceso

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

Red de núcleo

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

Se necesita una función de ubicación de abonado (SLF) para asignar direcciones de usuario cuando se utilizan varios 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 de usuario público con comodines. 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 Tel URI, como tel:+1-555-123-4567 ) o identificadores alfanuméricos (un SIP URI, como sip:[email protected]" ).

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

Identidad pública IP multimedia: cualquier usuario utiliza
la identidad pública IP multimedia (IMPU) para solicitar comunicaciones con otros usuarios (por ejemplo, esto podría incluirse en una tarjeta de presentación ). También conocida como Dirección de Registro (AOR). Puede haber múltiples IMPU por IMPI. La IMPU también se puede compartir con otro teléfono, de modo que se pueda contactar con 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 público con comodines:
una identidad de usuario público con comodines expresa un conjunto de IMPU agrupadas.

La base de datos de suscriptores de HSS contiene IMPU, IMPI, IMSI , MSISDN , perfiles de servicios de suscriptores, activadores de servicios 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 (AS) SIP alojan y ejecutan servicios e interactúan con el S-CSCF mediante SIP. Un ejemplo de 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 se encuentra en la red doméstica, puede consultar el HSS con las interfaces Diámetro Sh o Si (para un SIP-AS).

modelo funcional

El AS-ILCM (Servidor de aplicaciones - Modelo de control de tramo entrante) y AS-OLCM (Servidor de aplicaciones - Modelo de control de tramo saliente) almacenan el estado de las transacciones y, opcionalmente, pueden almacenar el estado de la sesión dependiendo del servicio específico que se esté ejecutando. El AS-ILCM interactúa con el S-CSCF (ILCM) para un tramo entrante y el AS-OLCM interactúa con el S-CSCF (OLCM) para un tramo saliente. Application Logic proporciona los servicios e interactúa entre AS-ILCM y AS-OLCM.

Identidad de servicio público

Las identidades de servicio público (PSI) son identidades que identifican servicios alojados en servidores de aplicaciones. Como identidades de usuario, PSI toma la forma de SIP o Tel URI. Los PSI se almacenan en el HSS como un PSI distinto o como un PSI comodín:

Servidores de medios

La Función de Recursos de Medios (MRF) proporciona funciones relacionadas con los medios, tales como manipulación de medios (por ejemplo, mezcla de flujos de voz) y reproducción de tonos y anuncios.

Cada MRF se divide además 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 es responsable tanto de la recopilación de información MRF publicada apropiada como del suministro de información MRF apropiada a entidades consumidoras como el AS. MRB se puede utilizar en dos modos:

Puerta de enlace

Una función de control de puerta de enlace de ruptura (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 usando DNS o ENUM/DNS. Incluye funcionalidad de enrutamiento basado en números de teléfono.

Puertas de enlace PSTN

Una puerta de enlace PSTN/CS interactúa con redes de conmutación de circuitos (CS) PSTN . Para la señalización, las redes CS utilizan la parte de usuario RDSI (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 modulación de código de pulso (PCM), mientras que IMS utiliza el protocolo de transporte en tiempo real (RTP).

Recursos de medios

Los recursos de medios son aquellos componentes que operan en el plano de medios y están bajo el control de las funciones principales de IMS. Específicamente, 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 señalización de capa de servicio y tráfico de medios.

Cargando

El cobro fuera de línea se aplica a los usuarios que pagan por sus servicios periódicamente (por ejemplo, a final de mes). El cobro en línea , también conocido como cobro basado en crédito, se utiliza para servicios prepago o control de crédito en tiempo real de servicios pospago. Ambos podrán 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 la función de datos de cobro (CDF) se utilizan para la facturación fuera de línea y la función de cobro en línea (OCF) para la facturación en línea.

Arquitectura PES basada en IMS

PES (sistema de emulación PSTN) basado en IMS proporciona servicios de redes IP a dispositivos analógicos. PES basado en IMS permite que los dispositivos que no son IMS aparezcan ante IMS como usuarios SIP normales. El terminal analógico que utiliza interfaces analógicas estándar se puede conectar a un PES basado en IMS de dos maneras:

Tanto A-MGW como VGW desconocen los servicios. Sólo retransmiten señales de control de llamadas hacia y desde el terminal PSTN. El control y manejo de la sesión lo realizan los componentes IMS.

Descripción de interfaces

Arquitectura TISPAN IMS con interfaces

Manejo de sesiones

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

El S-CSCF podría aplicar criterios de filtro para determinar la necesidad de reenviar solicitudes SIP al AS. Es importante señalar 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 en las respectivas S-CSCF.

Criterios de filtro inicial

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 provisionada de un usuario a una aplicación. Se almacenan en el HSS como parte del perfil de suscripción de IMS y se descargan en el S-CSCF al registrarse el usuario (para usuarios registrados) o al procesar la demanda (para servicios, actuando como usuarios no registrados). Los iFC son válidos durante toda la vigencia del registro o hasta que se cambie el perfil de usuario. [7]

La iFC está compuesta 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 brindar cierta protección contra las amenazas más importantes, 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 adoptó también la arquitectura IMS pero no tiene capacidades USIM/ISIM en sus terminales, publicó deltas a las especificaciones 3GPP donde Digest-MD5 es una opción de autenticación válida. Posteriormente TISPAN también hizo un esfuerzo similar dado el alcance de sus redes fijas, aunque los procedimientos son diferentes. Para compensar la falta de capacidades de IPsec, se agregó TLS como una opción para proteger la interfaz Gm. Las versiones posteriores de 3GPP han incluido el método Digest-MD5, hacia una plataforma Common-IMS, pero con su propio enfoque, 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 S-CSCF y HSS son diferentes.

Ver 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.), "A New Mechanism of EAB in RCS" , Knowledge Discovery and Data Mining , Advances in Intelligent and Soft Computing, Berlín, Heidelberg: Springer, págs. doi :10.1007/978-3-642-27708-5_33, ISBN 978-3-642-27708-5, recuperado 2021-04-08
  4. ^ "Descripciones de la versión 3GPP". 3GPP .
  5. ^ ab "Disipando los mitos de LTE". www.3gpp.org . Consultado el 8 de abril de 2021 .
  6. ^ Ian Poole, editor. "¿Qué es Voz sobre LTE, VoLTE?".
  7. ^ ab "Especificaciones de la etapa 2 de 3GPP".

Otras lecturas

enlaces externos