Arquitecturas Multiservicio en Redes de Nueva Generación

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1 Arquitecturas Multiservicio en Redes de Nueva Generación Autores: Aurora Ramos *, Javier Aguiar *, Henar Vega *, Borja de la Cuesta *, Belén Carro *, Antonio Sánchez + * Universidad de Valladolid, Campus Miguel Delibes 47011, Valladolid (España). Fax: Telefónica I+D, Boecillo, Valladolid (España). Fax: Área: II Resumen Este trabajo presenta parte de los contenidos incluidos en el marco del proyecto europeo IMAGES (Integrated Multiservice Architectures for next Generation Services), centrándose principalmente en los aspectos relativos a interoperabilidad en redes de nueva generación. Entre los puntos de actuación claves del proyecto cabe destacar el estudio de la convergencia con redes móviles, y la definición de un modelo para la provisión de calidad de servicio. El objetivo final es el diseño y desarrollo de nuevas arquitecturas multiservicio que integren los distintos tipos de redes en una sola infraestructura, ofreciendo altos niveles de calidad de servicio y seguridad. Keywords: Multiservicio, Interoperabilidad, Convergencia IP, Softswitch, Calidad de Servicio. 1. Introducción Actualmente, el desarrollo y soporte de nuevas arquitecturas en entornos de nueva generación es uno de los objetivos estratégicos claramente identificados por diferentes iniciativas de investigación en su intento por impulsar la sociedad de la información y las comunicaciones en el ámbito europeo. El trabajo aquí presentado se engloba dentro del programa internacional de cooperación EUREKA [1], a través de la iniciativa CELTIC (Cooperation for a sustained European Leadership in Telecommunications) [2], proyecto CP1-029 IMAGES [3]. El consorcio IMAGES cuenta con algunas de las entidades europeas más prestigiosas de todos los ámbitos: proveedores y fabricantes, así como universidades e institutos de investigación en la vanguardia de las tecnologías digitales y las telecomunicaciones. 2. IMAGES En IMAGES se analizan, diseñan y desarrollan soluciones de red innovadoras que permitan la interoperabilidad extremo a extremo en entornos de nueva generación, ofreciendo calidad de servicio así como elevados niveles de seguridad. El trabajo se centra en la convergencia IP (Internet Protocol), y por tanto en la posibilidad de unificar los distintos tipos de redes actuales a través de una sola infraestructura. En los entornos de nueva generación están apareciendo gran cantidad de limitaciones relacionadas con los requerimientos de calidad de servicio, disponibilidad de ancho de banda, y en general, relativos a la interoperabilidad entre servicios avanzados, que están entorpeciendo el rápido desarrollo de nuevas tecnologías. Por tanto, la interoperabilidad es un aspecto clave que afecta no sólo a la señalización de control de llamadas y sesiones, sino también a la señalización extremo a extremo de la calidad de servicio, y a la monitorización SLA (Service Level Agreement) Objetivos IMAGES se centra principalmente en los aspectos de interoperabilidad y monitorización del ancho de banda en entornos de nueva generación. Los objetivos más importantes son: Diseño tanto de arquitecturas de red como de los controles de señalización asociados, con el fin de satisfacer los requisitos de los servicios multimedia de nueva generación. Definición de un modelo para la capa de transporte en NGN (Next Generation s), teniendo en cuenta la existencia de diferentes dominios, así como la simulación de procedimientos de monitorización de recursos en cada dominio. Modelado de la capa de de Sesión, proporcionando monitorización de Calidad de Servicio (QoS, Quality of Service) e interoperabilidad. Desarrollo de un prototipo que valide la convergencia IP entre redes fijas, móviles, y los futuros servicios inalámbricos. Definición de un modelo de negociación de QoS con objeto de hacer evolucionar las aplicaciones desde conectividad best effort a conectividades basadas en QoS. Con el fin de estudiar la convergencia entre los servicios basados en sesión y servicios basados en contenido, en IMAGES se modela y desarrolla un prototipo de Televisión IP sobre NGN.

2 2.2. Innovación IMAGES persigue el desarrollo de un modelo de arquitectura plural, en el que se puedan integrar tanto los diversos servicios multimedia existentes como aquellos que puedan aparecer en el futuro, sin verse afectados por los problemas de interoperabilidad provocados por los diferentes fabricantes y operadores involucrados. Es por ello, que la principal aportación de IMAGES al estado de la tecnología consiste en el desarrollo de nuevos modelos abiertos, basados en la colaboración de todos los agentes implicados que les permita gozar de una privilegiada posición en el mercado. Las actividades de investigación y desarrollo a realizar en el marco del proyecto IMAGES están relacionadas con las siguientes áreas: Arquitectura de red Diseño de una solución de red incluyendo mecanismos para autorización, señalización y control de QoS extremo a extremo, prioridad de servicios considerando varios dominios de transporte y servicios, transporte heterogéneo y mecanismos de QoS. Además, incluye aspectos avanzados de seguridad y encriptación para garantizar privacidad y confidencialidad. Monitorización de los recursos en la capa de transporte Diseño y simulación de procedimientos para la monitorización de recursos (técnicas adaptativas), que se caracterizan por permitir la interoperabilidad en cuanto a aspectos de QoS entre los distintos dominios de red. Capa de de Sesión Diseño de mecanismos de control relacionados con la conversión de protocolos, QoS, seguridad, y control de acceso IP. Ingeniería de tráfico y encaminamiento basado en calidad de servicio (QoS) Definición, modelado y caracterización de técnicas de control para tráfico IP multimedia, así como mecanismos para gestionar el funcionamiento de la red con el fin de optimizar su comportamiento según diferentes niveles de demanda de tráfico. Se utiliza una metodología de encaminamiento para el entorno heterogéneo basada en el diseño de funciones de QoS con identificación de la clase de servicio, admisión de conexión, asignación dinámica de ancho de banda, protección y reserva de ancho de banda, encaminamiento según prioridades, y otros mecanismos de monitorización relacionados. También se realiza una evaluación del impacto que los elementos de seguridad incluidos en el dominio de red puedan provocar sobre los parámetros de calidad de servicio. Convergencia IP Multimedia Un aspecto clave del proyecto IMAGES es la convergencia en el ámbito de las comunicaciones multimedia, incluyendo entornos móviles, así como los futuros servicios inalámbricos (Fig. 1). Televisión IP en redes de nueva generación En IMAGES también se pretende analizar la convergencia entre los servicios basados en sesión y los servicios basados en contenido. Por ello se realiza un prototipo de Televisión IP sobre redes de nueva generación Arquitectura Multiservicio Gran parte de los esfuerzos del proyecto IMAGES se centran en la definición de la arquitectura multiservicio que se va utilizar. En los entornos de nueva generación todas las aplicaciones evolucionarán hacia un acceso de banda ancha basado en el protocolo IP. En este escenario las arquitecturas de red anteriores serán reemplazadas gradualmente por soluciones abiertas y distribuidas, y los Servidores de Aplicación serán los elementos claves para proporcionar un gran número de servicios avanzados. En esta arquitectura las aplicaciones multimedia están controladas por la capa de aplicación que hace uso de la infraestructura proporcionada por la capa de transporte. Se presta especial atención a las capas de de Servicio (Service ler) y de de Sesión (Session ler) para permitir la convergencia hacia un conjunto de interfaces y protocolos bien definidos que permitan satisfacer las necesidades que emergen de los nuevos servicios. La Fig. 2 representa esta arquitectura, que cuenta con nuevos elementos de red tales como el Servidor de Aplicación y el Servidor de Admisión ( ), para el control de QoS. La identificación de los requerimientos de cada componente se realiza considerando los siguientes aspectos: Figura 1 Convergencia IP Multimedia

3 Service Provider Domain Service ler Service Provider Domain Service ler Session ler Call/Session Session ler Call/Session manag. s Requisitos funcionales para el control de QoS. Mecanismos implementados para la asignación de niveles de prioridad. Medidas necesarias para comprobar el nivel actual de QoS en los flujos multimedia. Interacción entre las capas de Sesión y de Recursos ( ). Extensión de los mecanismos de control de QoS para entornos que incluyan diversos dominios sin degradación o retardos significativos. Aproximación basada en la definición SLA. En gran medida, la importancia de la arquitectura radica en la posibilidad de incorporar nuevas tecnologías considerando que los servicios de nueva generación deben ser introducidos sin provocar retardos importantes en el establecimiento de llamadas o sesiones, y que la seguridad y disponibilidad han de ser comparables con las proporcionadas en los entornos de circuitos conmutados. Figura 2 Arquitectura IMAGES multimedia, coordinación de conexiones de varias tecnologías, operaciones inteligentes, seguridad avanzada, directorio online, etc. El sistema IMS (IP Multimedia Subsystem) fue originalmente propuesto para las redes móviles de tercera generación (3G). Sin embargo, IMS puede ser utilizado por cualquier tecnología móvil de acceso. Incluso, puede verse como una plataforma de servicios de nueva generación válida para cualquier tipo de red. El protocolo SIP [4] (Session Initiation Protocol) forma parte de este marco y es utilizado a través de este tipo de arquitectura. Arquitectura IMS La arquitectura de referencia en IMAGES se fundamenta en IMS (Fig. 3), basándose en la descomposición en capas funcionales, con puntos de referencia e interfaces detalladamente definidos. Convergencia con servicios móviles multimedia IP; sistema IMS La convergencia de la Arquitectura IP Multimedia traerá consigo un gran número de aspectos claves que serán especialmente beneficiosos para un amplio número de servicios potenciales. Mientras que algunos de estos servicios se pueden proporcionar con las plataformas actualmente existentes, otros se benefician del control avanzado y la señalización de las redes de nueva generación (NGN). En un futuro, la inteligencia de red no sólo se centrará en el encaminamiento a través de bases de datos, sino que tomará un significado mucho más amplio, considerando, por ejemplo, control de sesiones Figura 3 Subsistema IP Multimedia

4 La arquitectura IMS está dividida en tres capas: control, acceso y servicios. - Capa de acceso: P-CSCF (Proxy-Call Session Function). Es el primer punto de contacto de los usuarios con el sistema IMS. Todo el tráfico de señalización SIP va a través del P-CSCF. T-SGW (Transport Signalling Gateway Function). Es un punto de terminación de redes PSTN (Public Switched Telephone ) cuya función principal es relacionar la señalización relativa a llamadas desde/hacia redes PSTN con un portador IP y enviarla hacia/desde la MGCF. MGCF (Media Gateway Function). Es un punto de terminación de redes PSTN que posibilita la comunicación entre el IMS y los usuarios de redes de circuitos conmutados. MGW (Media Gateway Function). Se encarga de la interoperabilidad entre las redes de circuitos conmutados y las redes IP. - Capa de control: S-CSCF (Serving-Call / Session Function). Es el nodo central del sistema IMS; realiza el control de sesión y el registro de servicios de los usuarios. I-CSCF (Interrogating-Call / Session Function). Es un punto de contacto de la red para todas las conexiones destinadas a un abonado de esa misma red. MRFC (Media Function ler). Este elemento es necesario para el soporte de servicios portadores como conferencias, etc. MRFP (Media Function Processor). Proporciona recursos del plano de usuario que son solicitados por el MRFC. BGCF (Breakout Gateway Function). Entidad responsable de seleccionar dónde se realiza la conexión con la red de circuitos conmutados. Bases de datos: El HSS (Home Subscriber ) es el principal elemento de almacenaje para todos los datos de abonados y datos relacionados con los servicios. Los datos más importantes almacenados en el HSS son identificación de usuario, información de registro y parámetros de acceso. El BS (Billing System) es el sistema de facturación. Recoge, almacena y procesa la información necesaria para una facturación correcta. - Capa de servicios: SIP-AS (Session Initiation Protocol - Application ). Interacciona directamente con la red IMS y más concretamente con S-CSCF. OSA-SCS (Open Service Architecture-Service Capability s). Su principal función es la interoperabilidad entre la señalización generada por S-CSCF y por el servidor OSA, tratando de adaptar las aplicaciones basadas en OSA con la arquitectura IMS. IMS-SSF (IMS-Service Switching Function). Actúa como pasarela para conectar el servidor CAMEL (Customized Application Mobile Enhanced Logic Application ) con la arquitectura IMS. Requisitos funcionales Hay algunos requisitos básicos que esta arquitectura ha de cumplir, entre los que cabe destacar [5]: Conectividad IP. Un requisito fundamental es que el cliente tiene que tener conectividad IP para acceder a los servicios IMS. Adicionalmente, es necesario el uso de IPv6 [6]. Esta conectividad puede obtenerse bien de la propia red en la que se encuentra el usuario o de una red ajena. En la Fig. 4 se representan las dos opciones: en la parte izquierda se presenta la opción en la que el equipo de usuario ha obtenido la dirección IP de una red ajena, mientras que en la parte derecha se presenta la opción en la que el equipo de usuario obtiene la dirección IP de su propia red. Independencia de acceso. El sistema IMS está diseñado de forma que los servicios IMS puedan ser ofrecidos a través de cualquier red con conectividad IP: GPRS (General Packet Radio Service), WLAN (Wireless Local Area ), acceso de banda ancha x-dsl (Digital Subscriber Line), etc. El 3GPP (Third Generation Partnership Project) [7] define el conjunto de entidades de red e interfaces necesarias para la provisión de conectividad IP entre los equipos de usuario (UE, User Equipment) y las entidades del sistema IMS. Figura 4 Conectividad IP

5 Calidad de servicio (QoS). El acceso básico y las redes de trasporte, junto con el sistema IMS proporcionan calidad de servicio extremo a extremo. A través de IMS, el UE negocia sus capacidades e indica sus requisitos de calidad de servicio durante el establecimiento o fase de modificación de una sesión SIP. El UE es capaz de negociar parámetros como: Tipo y dirección del tráfico multimedia. Tipo de tasa de bits, tamaño del paquete, y frecuencia en la transmisión de paquetes. Uso del contenido RTP (Real Time Protocol) para los tipos de tráfico multimedia [8]. Adaptación del ancho de banda. Tras la negociación de estos parámetros a nivel de aplicación, los equipos de usuario reservan los recursos apropiados de la red de acceso y los operadores negocian el SLA para garantizar la calidad requerida en la interconexión de las diferentes redes involucradas. Política de control IP para asegurar el correcto uso de los recursos multimedia. La política de control IP consiste en la capacidad para autorizar y controlar el uso del tráfico IMS, basado en los parámetros de señalización de la sesión IMS. Esto requiere la interacción entre la red de acceso y el sistema IMS. Comunicación segura. La seguridad es un requisito fundamental en todo sistema de telecomunicaciones. El sistema IMS proporciona al menos un nivel de seguridad similar al de GPRS y redes conmutadas; por ejemplo, IMS asegura que los usuarios se autentiquen antes de que puedan comenzar a usar los servicios, existiendo además la posibilidad de solicitar un nivel de privacidad al establecer una sesión. Puede decirse que IMAGES presenta un modelo de arquitectura que permitirá el desarrollo de una plétora de diferentes servicios multimedia de diversos proveedores, pudiendo coexistir de manera competitiva. Agradecimientos Los autores desean mostrar su agradecimiento al Ministerio de Industria, Turismo y Comercio, como entidad financiadora del proyecto de investigación IMAGES, cofinanciado con FEDER. El proyecto está enmarcado dentro de la iniciativa Europea CELTIC, consorcio al que los autores desean expresar también su reconocimiento. Referencias [1] Iniciativa Europea EUREKA. Disponible en: [2] CELTIC (Cooperation for a sustained European Leadership in Telecommunications). Disponible en: [3] IMAGES (Integrated Multiservice Architectures for next Generation Services). Disponible en: fdsafdasdfasdfsfa [4] RFC 3261, Session Initiation Protocol, [5] 3GPP TS , Service requirements for the Internet Protocol (IP) multimedia core network subsystem (IMS), [6] 3GPP TS , Architectural requirements, [7] 3GPP (Third Generation Partnership Project). Disponible en: [8] IETF RFC 3550, RTP: A Transport Protocol for Real-Time Applications, Desarrollo de servicios. Importancia de tener una plataforma de servicios escalable, que soporte la posibilidad de incluir nuevos servicios. 3. Conclusiones El proyecto IMAGES proporciona un gran valor añadido a las redes de telecomunicación permitiendo la continuación de su evolución natural futura. La completa explotación de la convergencia IP traerá consigo nuevas oportunidades de servicio, y gran cantidad de aplicaciones estarán disponibles gracias al amplio uso de las redes IP. A menudo la calidad de servicio es vista como una oportunidad para aumentar los beneficios de los proveedores de servicio, lo que justifica la importancia de aplicarla a las redes de nueva generación. Además, la accesibilidad del servicio debe garantizarse desde diferentes redes, permitiendo a los proveedores de servicio incrementar el uso de estas nuevas aplicaciones.

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