ATEL ASESORES C.A IP Multimedia Subsystem Prof. Diógenes Marcano

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1 Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 1

2 Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 2

3 Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 3

4 El 3GPP no estandariza los nodos que integran la red IMS, lo que el 3GPP si estandariza son las funciones que se deben realizar en una red IMS. Esto significa que la arquitectura es una conjunto de funciones unidas a través de interfaces estándares. Los diseñadores de redes IMS tienen la libertad de combinar varias funciones en un nodo, o por el contrario dividir las funciones entre dos o más nodos. La mayoría de los desarrolladores siguen el patrón del 3GPP y prácticamente cada función está en un nodo independiente. Sin embargo, es posible hallar soluciones donde más de una función se ejecutan en un nodo, o una simple función está distribuida en varios nodos. Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 4

5 Cada subcomponente tiene significado lógico, es decir pueden estar incluidos físicamente en el mismo equipo pero conectados por medio de las interfaces lógicas. El HSS, como cualquier servidor, tiene una capacidad limita en cuanto a la cantidad de usuarios que puede manejar, cuando el número de usuarios en la red supera la capacidad del HSS es necesario instalar otro HSS, en cuyo caso no se sabe de antemano en cual de los HSS está almacenada la información de un usuario en particular, bajo estas condiciones se debe instalar un SLF cuya función es informar a los otros nodos en cual HSS está la información del usuario en cuestión, Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 5

6 IMS está formado por tres capas: la capa Media/Transport también llamada Bearer Plane, la capa de Control de Sesión IMS y la capa de Servicios Multimedia o Application Plane. El control de sesión es una de la funciones más importantes de IMS. La figura muestra como IMS puede comunicarse con diferentes tipos de redes. IMS fue construido sobre lo que existía, es decir protocolos y estándares ya probados y provenientes de Internet de acuerdo con el IETF. IMS es un Core Network abierto a todas las tecnologías de acceso para ofrecer servicios multimedia; IMS no tiene nada que ver con el acceso ni con el enrutamiento, sólo tiene que ver con el core, IMS es transparente a la red de acceso usada por el equipo terminal. Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 6

7 Existen dos elementos adicionales que forman parte del plano de control: el Media Gateway Control Function (MGCF) y el Media Resource Function Controller (MRFC), pero debido a su relación estrecha con el Bearer Plane o Plano de Media/Transport se describirá cuando se analice dicho plano. Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 7

8 Cada subcomponente tiene significado lógico, es decir pueden estar incluidos físicamente en el mismo equipo pero conectados por medio de las interfaces lógicas. El CSCF se encarga del procesamiento de las llamadas y realiza las funciones de control similares a las que se realizan en sistemas de conmutación de circuitos. De acuerdo con el estándar el CSCF es un servidor SIP integrado por los tres componentes mencionados. La tendencia actual es combinar los tres componentes en uno y aumentar el desempeño del sistema, ya que es posible el uso protocolos propietarios entre los módulos CSCF, lo cual es transparente visto desde afuera y permite hacer ciertas economías; para un operador es mucho más económico comprar y administras un solo equipo que tres. También es muy probable que cuando las redes IMS maduren el P-CSCF se convierta en un elemento independiente. Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 8

9 Aquí se muestran las tres entidades que integran a CSCF: P- CSCF, S- CSCF e I- CSCF, así como sus interfaces y puntos de referencias. Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 9

10 P-CSCF se comporta como un proxy tal como se define en el RFC 3261, donde se define a SIP. P-CSCF acepta solicitudes de los usuarios, las analiza para propósitos de enrutamiento y las retransmite, es de hacer notar que el P- CSCF no modifica las solicitudes SIP del usuario, sólo las retransmite. El P-CSCF también puede actuar en lugar del usuario, significa que en algunas circunstancias puede generar y terminar transacciones SIP, esto puede suceder por seguridad, enrutamiento o en casos de roaming. El P-CSCF responde a todas las solicitudes de los usuarios y manejas las interfaces hacia la red de acceso. Después de haber atravesado la IP-CAN, el primer contacto con el core IMS es a través del P-CSCF. Desde la perspectiva de SIP, el P-CSCF actúa como un servidor proxy SIP de entrada/salida. Esto quiere decir que todas las solicitudes y respuestas desde o hacia el UE pasan por el P-CSCF. El P-CSCF asignado a un UE durante el registro a nivel de IMS no cambia durante la duración del registro, lo que significa que el UE se comunica con un solo P-CSCF a la vez. Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 10

11 Las funciones del I-CSCF han ido evolucionando desde el papel inicial del servidor de redireccionamiento definido en SIP. El I-CSCF debe determinar el S-CSCF a utilizar, por lo que debe actuar como servidor de redireccionamiento que conecta hacia y desde otras redes. La función principal del I-CSCF es interrogar al HSS, y la función de enlace con otras redes la puede realizar el IBCF, el IMS-ALG y el TrGW. En aquellas redes donde el border control no es necesario o que no se ha desplegado, el I-CSCF puede realizar estas funciones. Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 11

12 Una vez registrado en la red IMS cada usuario tiene asignado un S-CSCF. El S-CSCF es uno de los elementos medulares del core IMS. La primera función del S-CSCF es iniciar, manejar y liberar las sesiones, razón por la cual está involucrado en todo el proceso de señalización, tanto para llamadas salientes como entrantes. En una red de un mismo operador pueden existir varios S-CSCF. Entre sus funciones podemos mencionar: 1. -Registro y des-registro de usuarios, de acuerdo con SIP RFC 3261, obteniendo los perfiles desde el HSS 2. -Gestión de las sesiones: establecimiento, mantenimiento y liberación 3. -Selecciona las aplicaciones apropiadas de acuerdo a los perfiles de los usuarios 4. -Actualización del HSS cuando los usuarios se registran 5. Rechazo de usuarios de acuerdo a ciertas políticas y limitaciones impuestas, por ejemplo limitaciones en el ancho de banda. Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 12

13 Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 13

14 Todos los mensajes de señalización SIP que un usuario envía o recibe pasan por el S-CSCF. A futuro se espera que los S-CSCF de una red no estén equipados de manera similar, sino que por el contrario existan diferencias en ellos debido a razones económicas; por ejemplo podrían existir un S-CSCF gold-plated para usuarios exclusivos, bronze-plated para clientes de mercado masivo y un S- CSCF dedicado sólo para clientes corporativos. La conversión de números E.164 a SIP URI es para el caso donde el destino sea un número en la PSTN. Para ello existe el protocolo ENUM que hace la conversión de números telefónicos internacionales E.164 a SIP URI: Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 14

15 El USER PROFILE, almacenado en el HSS contiene gran cantidad de información relacionada con los usuarios. Cuando el usuario se registra por primera vez, el S-CSCF baja el USER PROFILE del HSS y lo recibe a través de un mensaje DIAMETER SAA usando la interface Cx. Si el USER PROFILE cambia mientras el usuario está registrado en la red, el HSS envía un mensaje DIAMETER PPR y actualiza dicho perfil. Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 15

16 La estructura del perfil de los usuarios está estandarizada a través de un perfil genérico GUP (Generic User Profile) estandarizado en ETSI TS V9.0.0 ( ). Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 16

17 El USER PROFILE contiene una serie de Services Profiles. Cada Service Profile define los servicios que aplican a las Public User Identities. El Service Profile está dividido en cuatro partes: uno o más identificadores públicos, un core network service authorization que es opcional,ninguno o varios initial filter criteria y ninguno o varios shared initial filter criteria. El Service Profile se aplica a todas las identificaciones públicas que aparecen en el User Profile. Cada identificación contiene una etiqueta que indica si es BARRED o no, si es BARRED sólo puede ser usada para el registro, no para otros mensajes SIP. Cada identificación publica contien un SIP URI o un TEL URI. El USER PROFILE puede tener un core network service authorization, el cual contiene un subscribed media profile identifier, el cual a su vez contiene un valor que indica cuales son los parámetros SDP que el usuario está autorizado a solicitar. El initial filter criteria, indica los criterios de los filtros que están almacenados en el HSS como parte de USER PROFILE y son bajados por el S-CSCF durante el registro. Representan una subscripción del usuario establecida durante el aprovisionamiento del UE para una cierta aplicación, señala cual Application Server debe relacionarse con un determinado SIP REQUEST. Un criterio de un filtro define un subconjunto de SIP requests que el S-CSCF puede enviar a una aplicación particular. La última parte del SERVICE PROFILE es el shared initial filter criteria, es opcional y necesita del soporte del S-CSCF y del HSS. Se refiere a una serie de initial filter criteria que son comunes a varios usuarios, entonces cuando el usuario se registra no es necesario bajar del HSS dicha información si ya está en el S-CSCF, entonces lo que se hace es colocarle un identificador y sólo éste se baja del HSS cuando el UE se registra. Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 17

18 Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 18

19 Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 19

20 Los diferentes escenarios inter-redes pueden ser: IMS-PSTN del mismo dominio IMS_PSTN operadores y dominios distintos IMS-IMS operadores y dominios distintos Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 20

21 A pesar de que IMS ofrece muchas ventajas sobre tecnologías legacy basadas en conmutación de circuitos, éstas todavía estarán por varios años en el mercado. Debido a que cada operador planificará diferentes esquemas de transición a IMS, los diseñadores de IMS definieron un nodo, el BGCF, en la arquitectura para manejar la interconexión entre el dominio IMS y la conmutación de circuitos, su nombre proviene del hecho de que el BGCF es el encargado de determinar la red en la cual ocurre el cambio del dominio IMS al dominio de conmutación de circuito. Cuando el S-CSCF determina que la sesión no puede enrutarse usando el DNS o el ENUM/DNS, entonces solicita, a través de un request (interface SIP Mi), al BGCF que se encargue de determinar la ruta. El BGCF determina el próximo salto para enrutar los mensajes SIP; este proceso está basado en la información recibida en el protocolo u obtenida desde las bases de datos. Para llamadas terminadas en la PSTN, el BGCF debe determinar la red en la cual debe ocurrir el cambio a PSTN/CS. Si se determina que el breakout debe ocurrir en la misma red en la cual se encuentra ubicado el BGCF, entonces el BGCF debe seleccionar un MGCF que será el responsable para interconectarse con la red PSTN/CS. Si se determina que el breakout se debe hacer en otra red, distinta a la red donde se encuentra en BGCF, éste debe retransmitir la señalización a otro BGCF ubicado en la red seleccionada, es decir en la otra red. Si se determina que la llamada está destinada a otra red IMS, el BGCF reenvía el mensaje al BGCF en la red IMS destino, a través de la interface Mk Si se determina que la red de destino es otra red IP, entonces se reenvía la señalización al punto de contacto de dicha red. Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 21

22 El SGW (Serving Gateway) convierte señalización ISUP/MTP a ISUP/IP y viceversa. Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 22

23 5- pp. 715 SIGTRAN consiste de varios protocolos que permiten transportar los diferentes mensajes de señalización de MTP de SS7, sean los generados por los usuarios de MTP3 o los mensajes de gestión generados directamente por MTP3 de SS7. La función principal de SIGTRAN es enviar a través de una red IP los mensajes de señalización de SS7, para ello hace uso de diferentes protocolos diseñados en función del mensajes a transportar. Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 23

24 El SGW interviene sólo cuando está involucrada una red de conmutación de circuitos que no soporte SIGTRAN, sea una red móvil o la PSTN. SIGTRAN maneja mensajes de señalización montados sobre IP, pero en SS7 los mensajes de señalización se montan sobre MTP (Message Transfer Part). Si la red de conmutación de circuitos soporta SIGTRAN entonces los paquetes de señalización se pueden intercambiar directamente entre el MGCF y la red de conmutación de circuitos. Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 24

25 El BGCF ejecuta las funciones de gateway entre redes. Por razones de seguridad, el BGCF se comunica, hacia otras redes, sólo con el BGCF de dicha red. Sin embargo, dentro de su propia red el BGCF puede comunicarse con el S- CSCF, de manera tal que cuando el S-CSCF necesita hacer una solicitud o enviar una respuesta hacia otra red, el S-CSCF envía el mensaje al BGCF para que éste lo enrute hacia la otra red. El S-CSCF enruta hacia el BGCF de acuerdo al Tel URI. Las tablas de ruta dentro del S-CSCF identifican el BGCF correspondiente de acuerdo al Tel URI. Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 25

26 Los ASs son la base de la capa de aplicación o de servicios, y se comunican con el S-CSCF de la capa de control a través de la interface ISC y con el HSS por medio de la interface Sh o la Si. Las Aplicaciones en IMS típicamente se implementarán en servidores nativos SIP. Sin embargo, muchos vendedores pueden decidir agregar ciertas funcionalidades a sus plataformas existentes que no son SIP para que se comuniquen con los servidores SIP con el fin de minimizar los esfuerzos que requerirían desarrollar todo de nuevo para una aplicación que ya existe. Igualmente los proveedores pueden preferir desarrollar sus aplicaciones en un solo contenedor que soporte varias tecnología ( SIP, WEB, etc.). En cada uno de estos casos el AS se comunicará con el S-CSCF a través de la interface ISC. Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 26

27 Todas las interfaces entre el S-CSCF y los ASs están basadas en SIP. Adicionalmente los ASs pueden tener una interface hacia el HSS. En particular la interface entre el SIP-AS, el OSA-SCS y el HSS están basadas en DIAMETER y son usadas para bajar o subir información relacionada con los usuarios y que se encuentra almacenada en el HSS. La interface entre el IM-SSF y el HSS está basada en MAP (Mobile Application Part 3GPP TS Los ASs se ubican en el Home Network o en una red externa con cuyo ha firmado un acuerdo de servicio con el operador de la red. De forma nativa, IMS fue diseñada para que los AS se comunicaran con el CSCF a través de una interface basada en SIP denominada ISC (IMS Service Control); sin embargo, existen muchas aplicaciones desarrolladas en otros servidores que no soportan SIP, para no tener que desarrollar todo de nuevo se diseñaron entidades intermedias como el OSA-SCS para el servidor OSA, y el IM-SSF para el servido CAMEL, de manera que el CSCF tiene la impresión que se está comunicando siempre con un servidor SIP. El IM-SSF se diseño para permitir a los operadores móviles reusar la infraestructura GSM o aplicaciones 2G en IMS y evitar así los altos costos de volver a desarrollar las mencionadas aplicaciones, específicamente el IM-SSF se diseño para que las redes IMS pudiesen reusar CAMEL que había sido previamente desarrollado; por ejemplo, muchos de los operadores GSM tiene sus plataforma de prepago desarrollada bajo CAMEL, estas plataformas son costosas y para los operadores no es fácil adquirir una segunda plataforma. El IM-SSF toma los mensajes SIP de S-CSCF y los traslada a CAMEL. De esta forma el IM-SSF aparece como un SIP AS frente al S-CSCF, y como un gsmssf frente al gsmscf. Algo similar sucede con el servidor OSA. Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 27

28 OSA/Parlay es una interface de programación de aplicaciones abierta API (Application Programming Interface) para aplicaciones de acceso a redes de telecomunicaciones. En general, un API es un conjunto de subrutinas, protocolos y herramientas para construir software de aplicaciones. También puede definirse como una interface implementada en software que facilita la interacción entre programas. Los APIs de OSA/Parlay son independientes de la red y las aplicaciones pueden albergarse dentro del ambiente de red del operador, o por proveedores externos. Parlay define una serie de especificaciones internacionales API equivalentes a OSA. Las especificaciones de los APIs de OSA/Parlay están diseñadas conjuntamente por ETSI, 3GPP y el Parlay Group. Los códigos generados son verificados contra errores antes de generar los documentos y garantizar así un control de los mismos. Los APIs pueden ser implementados por las aplicaciones, las librerías y los sistemas operativos, con el fin de estandarizar el formato, el vocabulario y la reglas sobre como las funciones reciben sus parámetros cuando son llamadas y como envían de regreso sus resultados. Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 28

29 Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 29

30 H.248 es un estándar de la ITU y corre sobre IP, y es un trabajo conjunto entre la ITU y el IETF, quien lo denomina Megaco RFC ISUP forma parte de la Señalización #7, y puede ir sobre SCTP/IP para redes de paquetes o también puede ir sobre MTP (Message Transfer Part) para redes de conmutación de circuitos. El MGCF debe establecer una unión entre los flujos de conmutación de circuitos y los flujos de paquetes IP. Además el tipo de CODEC, sea audio o video, viaja por la señalización, así que el MGCF conoce el tipo de CODEC y debe comunicárselo al IM-MGW. En el caso aquí mostrado, la señalización ISUP va montada sobre IP, es decir la red de conmutación de circuitos está usando SIGTRAN, si no fuese el caso tendría que hacer uso del SGW para que monte ISUP sobre IP. Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 30

31 A nivel del plano del usuario, el interworking entre los flujos de paquetes IP usados por IMS y los flujos PCM de la red de conmutación de circuitos se realiza gracias al IM-MGW (IP Multimedia Media GateWay function) quien es controlado por el MGCF La interface Mn es el punto de control entre el MGCF y el IM-MGW y se usa para controlar el plano del usuario entre el acceso IP y el IM-MGW, y entre el IM-MGW y el acceso a la red de conmutación de circuitos. La interface Mn se usa principalmente para: 1. Reservar y conectar recursos en los extremos 2. Conectar o liberar el cancelador de eco 3. Conectar o liberar tonos y anuncios a los extremos 4. Enviar y recibir tonos DTMF Por su parte la interface Mb usa RTP/UDP/IP para llevar tráfico en tiempo real tal como la voz. También puede necesitarse transcodificación, es decir de PCM típico en redes de circuitos a AMR usado en GSM y en casi todas las redes inalámbricas. En este ejemplo se ve claramente la función del SGW. Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 31

32 ENUM RFC 3761 es un protocolo para convertir números del formato internacional E.164 a un URI y está basado en el algoritmo NAPTR (Name Authority Pointer RFC 2915). ENUM corre en un DNS. Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 32

33 Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 33

34 Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 34

35 Ni el MRFP ni el MRFC interactúan con el dominio de conmutación de circuitos, solo se usan cuando la comunicación es con redes de paquetes. La mayoría de los servicios de nueva generación requieren procesamiento del media que pueden ser realizados por un media server. En IMS el MRF se encarga de dichas funciones. Está dividido en dos elementos funcionales el MRFC y el MRFP; el MRCF acepta instrucciones de una aplicación y controla al MRFP. Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 35

36 Los flujos de paquetes del media pueden ser enrutados al dominio de conmutación de circuitos a través del IM-MGW donde los paquetes son convertidos a información PCM de conmutación de circuitos, también pueden ser enrutados a la red de paquetes directamente desde el MRFP. Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 36

37 Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 37

38 En IMS la conversión de IPv4 a IPv6 y viceversa fue originalmente especificada por TISPAN. La conexión con redes externas a la red IMS necesita de una serie adicional de elementos de red. La red externa puede ser una red de conmutación de circuitos, una red IP, fijas o móviles. Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 38

39 Arquitectura de IMS Capítulo 4 Pág. 39

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