Сеть с архитектурой IMS и средства доступа в этой сетевой архитектуре

Введение
На протяжении последних более чем двадцати лет идея создания инфраструктуры, на базе которой можно было бы построить некую «сеть сетей» являлась приоритетной задачей для основных участников телекоммуникационной отрасли (сетевых операторов, сервис-провайдеров, производителей оборудования и организаций, разрабатывающих телекоммуникационные стандарты). Цель создания такой сети — предоставление пользователям любых услуг, независимо от времени и места расположения [1].
Для перехода операторов связи на IP-платформу предлагались разные стратегии [2], а задачи конвергенции традиционно решались с помощью программных или гибких коммутаторов (Softswitch), однако операторы нуждались в более эффективном подходе к внедрению VoIP и организации конвергентных услуг.
Работы в направлении создания универсальной сетевой инфраструктуры прошли последовательно этапы узкополосных цифровых сетей интегрального обслуживания (сетей ISDN), широкополосных сетей ISDN (B-ISDN), сетей следующего поколения (NGN). По мнению разработчиков оборудования, операторов и организаций стандартизации [1] создание концепции IMS (IP Multimedia Subsystem) — мультимедийной IP-ориентированной подсистемы связи открывает путь к построению такой универсальной сетевой инфраструктуры.
Как показано [3] в прогнозе компании Gartner к 2020 году основной прирост абонентского трафика будет происходить за счет новых мультимедийных услуг, хотя речевые услуги также сохранят свои позиции. Однако суть речевых услуг изменится: они станут основой для предоставления мультимедийных услуг. Суть решения IMS – не только в расширенном составе услуг, но в качественно новом опыте пользования ими.
IMS – это средство, а не набор услуг и в конечном итоге от оператора зависит, какие услуги он выведет на рынок, и как рынок их воспримет [4]. IMS - технология, которая призвана обеспечить абонента доступом к услугам, где бы этот абонент не находился, причем с единой авторизацией, с единым опытом использования, с единым интерфейсом.
Абоненту такой системы не нужно запоминать различные логины и пароли, достаточно один раз авторизоваться, чтобы иметь возможность пользоваться всеми компонентами системы, например, сетью проводной связи или беспроводным доступом. Система IMS постоянно "в курсе" того, каким устройством доступа пользуется в данный момент абонент и может предоставлять его "кругу общения" соответствующую информацию.
Например, если абонент пришел в офис и включил свой персональный компьютер, его коллеги будут информированы соответствующей индикацией, что в данный момент абонент может получать объемные файлы или, например, что ему доступен режим видеоконференцсвязи. Уходя из офиса, абонент выключает компьютер, и система меняет статусную индикацию, соответствующую данному абоненту. Например, если у абонента телефон 3G, индикация поменяется на соответствующую - контактам этого абонента будет понятно, что интересующий их абонент сейчас находится в мобильном доступе с каналом, позволяющим получение достаточно большого объема информации. Если абонент перемещается, он может оказаться в зоне, где нет покрытия 3G, соответственно, это сразу же приведет к изменению индикации статуса, будет очевидно, что абоненту можно направить голосовой вызов или послать короткое сообщение, но с пересылкой ему файла лучше повременить [5].
Подсистема IP-мультимедиа может стать основой конвергенции сетей, способствовать быстрому развертыванию новых услуг и сокращению расходов за счет использования открытых стандартов [1]. До эпохи IMS такие приложения как SMS, MMS, голосовая телефония необходимо было получать у различных операторов. В эпоху IMS все эти услуги можно получить через ядро IMS. Любые услуги могут быть доступны с любого терминала, если терминал данные услуги поддерживает.
Переход к IMS
Переход к IMS оператору даёт возможность создавать в условиях конкурентоспособности новые услуги, выживать и наращивать доходы на высококонкурентном современном рынке телекоммуникаций. Если оператор мобильной или фиксированной связи хочет сегодня внедрить услугу видеоконференцсвязи или потокового видео, для этого на сети потребуется не только установить соответствующие приложения, но и произвести их интеграцию с опорной системой, с системой биллинга, с системой доступа и администрирования. Такая интеграция требует затрат времени и денег.
Ситуация повторяется с каждой новой услугой, которая запускается на сети оператора. IMS позволяет реализовать принципиально иной подход. После внедрения на сети IMS, более не требуется увязывать каждую новую услугу с отдельными подсистемами оператора, эти задачи решаются на уровне IMS-платформы, позволяющей добавлять новые услуги легко и просто

. Оператор, сеть которого построена на базе IMS может внедрять новые услуги в течение нескольких дней, или, в отдельных случаях, в течение нескольких часов [5].
Подсистема IMS описана в спецификациях 3GPP Release 5. В её основу положен определённый набор базовых функциональных блоков. Протокол SIP, являющийся основным протоколом управления передачей данных в IMS, был разработан рабочей группой IETE и принят для использования в IMS консурциумом 3GPP. В концепции IMS так называемые плоскости управления и пользователя строго разделены. Плоскость управления состоит из сетевых элементов, отвечающих за установление и разрыв соединений, а также за управление использованием сервисов и их тарификацию. Плоскость пользователя состоит из сетевых элементов, обрабатывающих и передающих медиапотоки. Такое разделение обеспечивает передачу медиапотоков между участниками сеанса связи по оптимальному пути и с необходимым качеством обслуживания. Компоненты коммуникационных сервисов могут передавать медиапотоки разных типов (например, голос и видео), причём по разным маршрутам. В отличие от традиционных сетей с коммутацией каналов IMS-сеть не устанавливает соединение при открытии сеанса связи или обработке вызова. Другими словами, пропускная способность сети, необходимая для передачи информации, не выделяется, пока не возникает потребность в её передаче [6].
Типовой упрощенный вариант архитектуры IMS
Типовой упрощенный вариант архитектуры IMS (рис.1) представляет собой набор логических функций, которые можно разделить [7] на три уровня: транспортный уровень (уровень абонентских устройств и шлюзов), уровень управления сеансами и уровень приложений.
Транспортный уровень берёт на себя организацию сеанса при помощи сигнализации протокола инициации сеанса (Session Initiation Protocol, SIP) и обеспечивает транспортные услуги с конвергированием голоса из аналогового или цифрового сигнала в пакеты IP использованием протокола RTP (Realtime Transport Protocol). На этом уровне функционируют медиашлюзы, преобразующие базовые потоки VoIP в телефонный формат TDM. Медиасервер предоставляет различные медиасервисы, в том числе конференц-связь, воспроизведение оповещений, сбор тоновых сигналов, распознавание речи, синтез речи и т.п.
Новым ключевым элементом в архитектуре IMS является функция управления вызовами и сеансами (Call Session Control Function, CSCF). Функция CSCF является основной на плоскости управления IMS-платформы. Модуль CSCF, используя протокол SIP, выполняет функции, обеспечивающие доставку множества услуг реального времени посредством транспорта IP [8].
Рисунок 1 - Типовой упрощенный вариант архитектуры IMS
CSCF включает в себя 3 уровня:
- Proxy CSCF (P-CSCF) — уровень взаимодействия с сетью— посредник для взаимодействия с абонентскими терминалами. Основные задачи — аутентификация абонента и формирование учетной записи;
- Interrogating CSCF (I-CSCF) — уровень коммутации — посредник для взаимодействия с внешними сетями. Основные задачи — определение привилегий внешнего абонента по доступу к услугам, выбор соответствующего сервера приложений и обеспечение доступа к нему;
- Serving CSCF (S-CSCF) —уровень реализации услуг— центральный узел сети IMS, обрабатывает все SIP-сообщения, которыми обмениваются оконечные устройства [1].
Уровень управления вызовами и сеансами включает сервер абонентских данных HSS (Home Subscriber Server), где централизованно хранятся уникальные сервисные профили всех абонентов [8]. В среде IMS сервер HSS действует как открытая база данных о каждом пользователе и об услугах, задействованных абонентом: на какие услуги подписан пользователь, активизированы ли эти услуги, какие параметры управления были установлены пользователем [1].
MRFC (Media Resource Function Controller) — контроллер функции мультимедийных ресурсов — управляет процессором мультимедиа ресурсов, обеспечивая реализацию таких услуг, как конференц-связь, оповещение, перекодирование передаваемого сигнала. Потоковые операции над медиаданными, такие как, подавление эха.
MGCF (Media Gateway Control Function) — управления шлюзами — управляет транспортными шлюзами. Коммуникация между медиашлюзами и call-агентами (S-CSCF).
Уровень серверов приложений
Верхний уровень эталонной архитектуры IMS содержит набор серверов приложений, которые, в принципе, не являются элементами IMS