Архитектура ims
Ключевой особенностью сетей следующего поколения, т.е. сетей NGN к которым IMS и относится, является разделение трафика по логическим уровням. Самым нижним является транспортный уровень, который занимается обработкой и передачей мультимедиа данных. На уровень выше идет уровень коммутации, который занимается обработкой сигнальной информации и управлением взаимодействия между различными сетями и уровнями. Самым верхним уровнем является уровень приложений, который занимается услугами и всем что с этим связано. И отдельно стоит так называемый бизнес уровень, занимающийся тарификацией и управлением. Теперь по порядку по уровням.
Рисунок 7 – Архитектура IMS
Давайте рассмотрим уровень коммутации в первую очередь, так как он выполняет ключевую роль в сети MS. Внутри уровня коммутации все общение между элементами происходит посредствам протокола SIP RFC 3261 (модификация 3GPP TS.24.229), а уже пограничные элементы уровня, преобразуют сигнализацию в соответствующие протоколы. Уровень коммутации состоит из элементов: CSCF, MGCF, MRFC и BGCF.
Основным элементом является контроллер сессий CSCF(Call Session Control Function). Существует три типа CSCF (а в последней редакции— четыре, т.к. добавился Emergency-CSCF):
Ргоху-CSCF — прокси-контроллер сессий;
Interrogating-cscf — контроллер сессий взаимодействия;
Serving-CSCF — центральный контроллер сессий.
Рисунок 8 – Взаимодействие CSCF c другими элементами
Proxy- Call Session Control Function — является точкой входа в сеть, т.е. элемент с которым взаимодействует абонентское оборудование. Как видно из названия P-CSCF выполняет задачу прокси-сервера ядра, которой для абонента является единственной точкой соприкосновения. Проверяет пакеты на корректность, и перенаправляет запросы на установление соединения S-CSCF либо E-CSCF другой сети. P-CSCF, как правило, не изменяет пакеты.
P-CSCF выполняет следующие функции:
перенаправление SIP запроса о регистрации полученного от абонентского оборудования на соответствующую точку входа указанного домена:
перенаправление SIP сообщения, полученные от абонентского оборудования на S-CSCF: на. котором произошла регистрация;
перенаправление SIP ответа или запроса абонентскому оборудованию;
обнаружение и обслуживание запроса экстренных вызовов;
генерация CDR;
сжатие, распаковку SIP сообщений;
в случае встроенного PDF обеспеченней предоставление QoS: в случае внешнего PDF запрашивает выделение тех или иных ресурсов посредствам Gq интерфейса.
I-CSCF:
Interrogating - Call Session Control Function — занимается взаимодействием с другими сетями IMS: а также он ищет S-CSCF который занимается обработкой сессии для данного абонента. А также взаимодействием с базой данных SLF для поиска HSS: который содержит профиль абонента. В сети оператора может быть несколько I-CSCF.
I-CSCF выполняет следующие функции:
регистрация:
с назначение S-CSCF абоненту производящему регистрацию;
управление сессиями:
с перенаправления SIP запроса полученного от внешней сети к S-CSCF;
с перед запросом kHSS: преобразование Е.164 адресации содержащейся в запросе в формат TetURI IETF RFC 3966;
о получение адреса S-CSCF из HSS;
с перенаправление SIP запроса либо ответа к корректному S-CSCF;
генерация CDR.
Serving - Саll Session Control Function — это элемент занимающийся установлением, изменением и разрывом сессий, S-CSCF выполняет следующие функции:
произведение регистрации как описано в IETF KFC 3261 черезН55;
ассоциация SIP адреса с местоположением абонента:
проверка SIP пакетов на корректность;
выбор сервера приложений в зависимости от типа услуги :
Для распределения нагрузки и повышения надежности, в сети оператора может быть несколько S-CSCF. Связь между абонентом и конкретным S-CSCF прописывается в HSS.
E-CSCF:
Emergency- Call Session Control Function — элемент, обрабатывающий запросы на установление экстренных вызовов. E-CSCF выполняет следующие функции:
получает запрос на установление экстренного соединения P-CSCF; .
запрос необходимой информации у LRF(функция определения местоположения) в случае если информация о местоположении не включена в запрос;
проверка полученной от абонентского оборудования информации о местоположении, путем запроса к LRF;
перенаправление запроса на установление экстренной сессии в соответствующую сеть.
Media Resource Function Controller — Контроллер мультимедиа ресурсов управляет MRFP: для предоставления мультимедиа услуг и обработки медиаданных. MRP занимается предоставлением услуг, которые базируются на смешении медиапотоков: либо на преобразовании их. К таким услугам можно отнести конференц-связь: CRBT: M-CID: системы автоответчиков и не только. MRFP получает команды от S-CSCF посредствам SIP протокола, а управление MRFP происходит при помощи протокола MEGACO.
MRFC выполняет следующие функции:
контроль мультимедиа ресурсов MRPP;
управление MRPP в соответствии с полученной от AS и S-CSCF информации (например, идентификатора сессии);
генерация CDR.
Процессор мультимедиа ресурсов (MRFP): ®
Media Resource Function Processor — занимается выполнением команд MRFC: а также микшированием и транскодированием медиаканалов. MRFP выполняет следующие функции:
контроль передачи данных интерфейса Mb;
предоставление запрошенных ресурсов MRFC;
микширование входящих медиапотоков (например, для конференц-связи);
предоставление медиаресурсов (например, для объявлений);
обработка меди ал отоков (транскодинг, анализ медиаданных)
контроль доступа (например, управление правами доступа к выделенным ресурсам конференций).
Ноmе Subscriber Server — сервер абонентских баз данных (HSS) хранилище абонентских данных, обеспечивает хранение данных. HSS выполняет следующие функции:
Контроль мобильности — mobility management;
Генерация защищенной абонентской информации — user security information generation;
Защита абонентских данных — user security support;
Предоставление информации по подписке на услуги — service provisioning support;
Поддержка установления соединения либо сессии — call/session establishing support;
Хранение данных GUP — GUP data repository;
Идентификация абонента — identification handling;
Поддержка авторизации услуг — service authorization support;
Авторизация доступа — access authorization;
Поддержка приложений услуг — application service support;
Поддержка CAMEL vcnvr — CAMEL service support.
Subscriber Locator Function — локатор абонентских данных, т.к. HSS может быть несколько, в связи с. количеством абонентских данных, а ресурс HSS ограничен, 3GPP добавило в структуру элемент SLF. В случае, если в сети оператора присутствует несколько серверов абонентских баз данных HSS, все запросы о данных абонента, прежде всего, адресуются к SLF. В SLF хранится база данных соответствия между абонентом и сервер HSS, в котором хранится профиль данного абонента.Если оператор использует только один сервер абонентских данных HSS, то запрос идет минуя SLF.
Уровень приложений занимается обработкой контента и предоставлением услуг. Одной из ключевых особенностей архитекторы MS является то, что на базе приложений различных серверов можно строить новые услуги. Формированием запроса на предоставление той или иной услуги занимается S-CSCF
Рисунок 9 – Взаимодействие ядра с серверами услуг
Т.к. не все сервера услуг понимают SIP протокол, a S-CSCF формирует запросы только на базе SIP, в архитектуре IMS существуют шлюзы, обеспечивающие преобразование протоколов Parlay и CAMEL. Это IM-SSF и SCS соответственно. Кроме того сервера приложений взаимодействуют с базой данных абонентов HSS. В последних версиях стандартов появляется элемент SCIM — менеджер взаимодействия с серверами услуг.
SCIM (Service Capability Interaction Manager) — менеджер взаимодействия с серверами услуг, опциональный компонент. Менеджер SCIM ставится посредником между контроллером CSCF и серверами приложений AS: для управления, а также возможного комбинирования услуг.
IM-SSF (IР Multimedia — Service Switching Function) — посредник между серверами приложений использующих протокол САР и S-CSCF. Используется, если есть необходимость предоставлять услуги традиционной сети абонентам IMS. По большому счету это конвертор, обеспечивающий взаимодействие между протоколами САР и SEP.
SCS (Service Capability Server) — посредник между серверами приложений OSA-AS использующих протокол Parlay;Parlay X и S-CSCF. Является воротами для операторов, которые хотят предоставлять услуги сторонних поставщиков услуг. Благодаря тому, что для контроллера CSCF поставщик услуг будет выглядеть также как обычный сервер AS, обеспечивается простая тарификация и взаимодействие с другими услугами.
Преимущество архитектуры IMS перед другими в том, что к сети на базе этой архитектуры можно подключить практически любую сеть доступа. Именно поэтому, транспортный уровень, на мой взгляд, самый насыщенный, с точки зрения элементов.
Рисунок 10 – Взаимодействие IMS c различными сетями
Кроме того, взаимодействие единого ядра с широким спектром сетей доступа: не только значительно сокращает расходы, но и позволяет предоставлять конвергентные(IMS) услуги. Следует разбить оборудование транспортного уровня на. две группы:
группа взаимодействия с сетями доступа:
группа взаимодействия с сетями других операторов.
На данный момент стандартизировано взаимодействие практически со всеми возможными сетями доступа, а именно CDMA/CMTS, PSTN;TSDN (см. Взаимодействие IMS с абонентами ISDN\PSTN), VLAN\LAN . Если говорить о взаимодействии с сетями других операторов, то существует как под система взаимодействия с сетями канальной CS так и пакетной PS коммутации.
Рисунок 11 – Оборудование взаимодействия с различными сетями
Кроме элементов отвечающих за взаимодействия с различными сетями, мы рассмотрим элементы, отвечающие за резервирование ресурсов для предоставления необходимого QoS. В 6 релизе 3GPP R6 за выделение ресурсов и проверку наличия оных при взаимодействии с GGSN (сети GSM\UMTS) отвечал PDF (Policy Decision Function), в релизе 3GPP R7 данная функциональность возлагается на PCRF (Policy and Charging Rules Function).
Для взаимодействия с абонентами фиксированных сетей рабочая группа. TISPAN разработала элементы присоединения к сети NASS(Network Attachment Sub-System) и подсистему контроля ресурсами RACS(Resource and Admission Control Subsystem).
Для безопасного взаимодействия cip-сетями, а также сетями EMS других операторов отвечает элемент EBCF, который выполняет функции брандмауэра, и элемент THIG, который скрывает топологию сети оператора.
IM-MGW и IM -SGW предназначены для взаимодействия с CS сетями. IM-MGW занимается обработкой и преобразованием медиаданых, а также установлением соединения с другими сетями для передачи медиаданных. За контроль IM-MGW отвечает элемент MGCF. IM-SGW преобразует сигнальный трафик, и при небольших объемах, может быть интегрирован в IM-MGW либо MGCF.
По большому счету, ядру IMS главным является лишь наличие IP адреса у абонента. Поэтому основная функция транспортного уровня — выдача IP-адреса. Кроме того, немаловажным является обеспечение должного качества обслуживания. — чем также занимается транспортный уровень.
TISPAN разработал три подсистемы, две из которых занимаются обеспечением доступа для ШПД абонентов:
NASS — подсистема идентификации абонента, и присвоения ему ЕР адреса (более подробно см.Подсистема присоединения (NASS));
RACS — подсистема выделения ресурсов для каждой сессии и распределения ресурсов между различными абонентами (более подробно см. Подсистема контроля доступа и ресурсов (RACS)).
Кроме того, TISPAN разработал ISDN\PSTN симуляцию для широкополосных абонентов, которая позволяет IР абонентам пользоваться традиционными для телефонии услугами.