Телекоммуникациялардың архитектуралық құрылымы

Кіріспе

IP мультимедиалық кіші жүйе немесе IP мультимедиалық негізгі желілік кіші жүйе (IMS) – IP мультимедиалық қызметтерді ұсынуға арналған стандартталған архитектуралық құрылым. Тарихи тұрғыдан алғанда, ұялы телефондар IP-пакеттік желі емес, тізбектік коммутациялық желі арқылы дауыстық қоңырау қызметтерін қамтамасыз еткен. Смартфондарда әртүрлі дауыс арқылы IP технологиялары қол жетімді; IMS барлық өндірушілер үшін стандартты хаттаманы ұсынады. IMS бастапқыда 3rd Generation Partnership Project (3GPP) сымсыз стандарттар ұйымы GSM-нен асып түсетін мобильді желілерді дамыту көзқарасының бір бөлігі ретінде әзірленген. Оның бастапқы нұсқасы (3GPP Rel 5) GPRS арқылы интернет-қызметтерін ұсыну тәсілін білдірді. Бұл көзқарас кейін 3GPP, 3GPP2 және ETSI TISPAN ұйымдары GPRS-тен басқа, мысалы, сымсыз LAN, CDMA2000 және стационарлық желілер сияқты желілерді қолдауды талап ету арқылы жаңартылды. IMS мүмкіндігінше IETF хаттамаларын пайдаланады, мысалы, сессияны бастау протоколы (SIP). 3GPP мәлімдемесіне сәйкес, IMS қосымшаларды стандарттауға емес, сымсыз және сымды терминалдардан мультимедиалық және дауыстық қосымшаларға қол жеткізуді жеңілдетуге, яғни стационарлық-мобильдік конвергенцияның (FMC) бір түрін құруға бағытталған. Бұл қолжетімді желіні қызмет қабатынан оқшаулайтын көлденең басқару қабаты арқылы жүзеге асырылады. Логикалық архитектура тұрғысынан, қызметтерге өз басқару функцияларының қажеті жоқ, себебі басқару қабаты – ортақ көлденең қабат. Дегенмен, іске асыру кезінде бұл міндетті түрде төмен шығындар мен күрделілікке әкелмейді. Сымды және сымсыз желілер арқылы қызметтерге қол жеткізу және оларды ұсыну үшін баламалы және бір-бірімен қабаттасатын технологияларға жалпы қолжетімді желі, жұмсақ коммутаторлар және "таза" SIP жатады. Контентке және контактілерге дәстүрлі сымсыз/стационарлық операторлардың бақылауынан тыс механизмдерді пайдалану арқылы қол жеткізу оңайлатылғандықтан, IMS-ке деген қызығушылық күмән тудыруда. IMS негізіндегі жаһандық стандарттардың мысалдары: Voice over LTE (VoLTE), Wi-Fi Calling (VoWIFI), Video over LTE (ViLTE), SMS/MMS over WiFi және LTE, USSD over LTE және Rich Communication Services (RCS), сондай-ақ joyn немесе Advanced Messaging, ал қазір RCS оператордың іске асыруы болып табылады. RCS сонымен қатар Presence/EAB (күшейтілген адрес кітабы) функционалдығын қосты.

The IP Multimedia Subsystem or IP Multimedia Core Network Subsystem (IMS) is a standardised architectural framework for delivering IP multimedia services. Historically, mobile phones have provided voice call services over a circuit switched style network, rather than strictly over an IP packet switched network. Various voice over IP technologies are available on smartphones; IMS provides a standard protocol across vendors. IMS was originally designed by the wireless standards body 3rd Generation Partnership Project (3GPP), as a part of the vision for evolving mobile networks beyond GSM. Its original formulation (3GPP Rel 5) represented an approach for delivering Internet services over GPRS. This vision was later updated by 3GPP, 3GPP2 and ETSI TISPAN by requiring support of networks other than GPRS, such as Wireless LAN, CDMA2000 and fixed lines. IMS uses IETF protocols wherever possible, e. g., the Session Initiation Protocol (SIP). According to the 3GPP, IMS is not intended to standardize applications, but rather to aid the access of multimedia and voice applications from wireless and wireline terminals, i. e., to create a form of fixed mobile convergence (FMC). This is done by having a horizontal control layer that isolates the access network from the service layer. From a logical architecture perspective, services need not have their own control functions, as the control layer is a common horizontal layer. However, in implementation this does not necessarily map into greater reduced cost and complexity. Alternative and overlapping technologies for access and provisioning of services across wired and wireless networks include combinations of Generic Access Network, softswitches and "naked" SIP. Since it is becoming increasingly easier to access content and contacts using mechanisms outside the control of traditional wireless/fixed operators, the interest of IMS is being challenged. Examples of global standards based on IMS are MMTel which is the basis for Voice over LTE (VoLTE), Wi Fi Calling (VoWIFI), Video over LTE (ViLTE), SMS/MMS over WiFi and LTE, USSD over LTE, and Rich Communication Services (RCS), which is also known as joyn or Advanced Messaging, and now RCS is operator's implementation. RCS also further added Presence/EAB (enhanced address book) functionality.

Сәулет

Сұлбадағы әр функция төменде түсіндіріледі. IP мультимедиалық негізгі желі кіші жүйесі – стандартталған интерфейстер арқылы байланысқан әртүрлі функциялардың жиынтығы, олар бірігіп бір IMS әкімшілік желісін құрайды. Функция – түйін емес (аппараттық құрылғы): Іске асырушы екі функцияны бір түйінге біріктіруге немесе бір функцияны екі немесе одан көп түйінге бөлуге құқылы. Әрбір түйін өлшемдеу, жүктемені бөлу немесе ұйымдастыру мәселелері үшін бір желіде бірнеше рет кездесуі мүмкін.

Желі желісі

Пайдаланушы IMS-ке әртүрлі жолдармен қосыла алады, олардың көпшілігі стандартты IP-ны пайдаланады. IMS терминалдары (мысалы, ұялы телефондар, жеке цифрлық көмекшілер (PDA) және компьютерлер) басқа желіде немесе елде (қонақ желіде) роумингте болған кезде де тікелей IMS-ке тіркеле алады. Бір ғана талап – IP қолдану және SIP пайдаланушы агенттерін іске қосу. Тұрақты қол жеткізу (мысалы, сандық абоненттік желі (DSL), кабельдік модемдер, Ethernet, FTTx), мобильді қол жеткізу (мысалы, 5G NR, LTE, W CDMA, CDMA2000, GSM, GPRS) және сымсыз қол жеткізу (мысалы, WLAN, WiMAX) қолдау табады. Басқа телефон жүйелері, мысалы, қарапайым ескі телефон қызметі (POTS – ескі аналогтық телефондар), H.323 және IMS-ке үйлесімсіз жүйелер шлюздер арқылы қолдау көрсетіледі.

IMS-ге негізделген PES архитектурасы

IMS негізделген PES (PSTN Emulation System) аналогты құрылғыларға IP желілік қызметтерін ұсынады. IMS-ге негізделген PES IMS емес құрылғыларды IMS үшін қалыпты SIP пайдаланушылар ретінде көрсетуге мүмкіндік береді. Стандартты аналогты интерфейстерді пайдаланатын аналогты терминал IMS негізделген PES-ке екі жолмен қосыла алады: AGCF арқылы байланыстырылған және басқарылатын A MGW (Access Media Gateway) арқылы. AGCF операторлар желісінде орналасқан және бірнеше A MGW-ды басқарады. A MGW және AGCF P1 анықтамалық нүктесі арқылы H.248.1 (Megaco) протоколы бойынша байланысады. POTS телефоны Z интерфейсі арқылы A MGW-ге қосылады. Сигнал A MGW-де H.248 форматына түрлендіріліп, AGCF-ке жіберіледі. AGCF H.248 сигналын және A MGW-ден келетін басқа да деректерді тиісті SIP хабарламаларына айналдыру үшін өңдейді. AGCF өзін S CSCF-ке P CSCF ретінде таныстырады және жасалған SIP хабарламаларын S CSCF-ке немесе IP шекарасына IBCF (Interconnection Border Control Function) арқылы жібереді. S CSCF-ке SIP хабарламаларында ұсынылған қызмет PES AS-ті іске қосады. AGCF-де қызметке тәуелсіз логика да бар, мысалы, A MGW-ден «қосылыс үзілді» оқиғасын алған кезде AGCF A MGW-ден дауыс сигналын (dial tone) ойнатуды сұрайды. Сонымен қатар, VGW (VoIP Gateway) немесе SIP шлюзі/Адаптері арқылы клиенттік жабдықта да қосылу мүмкін. POTS телефондары VoIP шлюзі арқылы тікелей P CSCF-ке қосылады. Операторлар көбінесе VoIP шлюздері мен P CSCF арасында сессия шекаралық контроллерлерді қауіпсіздік мақсатында және желі топологиясын жасыру үшін пайдаланады. VoIP шлюзі Gm анықтамалық нүктесі арқылы SIP протоколы бойынша IMS-ке қосылады. POTS қызметінен z интерфейсі арқылы SIP-ке түрлендіру клиенттік жабдықтағы VoIP шлюзінде жүзеге асырылады. POTS сигналы SIP форматына түрлендіріліп, P CSCF-ке жіберіледі. VGW SIP пайдаланушы агенті ретінде әрекет етеді және P CSCF-ке SIP терминалы ретінде көрінеді. A MGW және VGW екеуі де қызметтер туралы хабардар емес. Олар тек PSTN терминалынан және оған шақыруды басқару сигналдарын ғана жібереді. Сессияны басқару және өңдеу IMS компоненттері арқылы жүзеге асырылады.

Сессияны өңдеу

IMS-тің ең маңызды мүмкіндіктерінің бірі – SIP қолданбасын динамикалық және дифференциалды түрде (пайдаланушы профиліне сәйкес) іске қосу қабілеті, S CSCF-де сүзгі және қайта бағыттау сигнализациясы арқылы жүзеге асырылады. S CSCF, SIP сұрауларын AS-қа жіберу қажеттігін анықтау үшін сүзгі критерийлерін қолдануы мүмкін. Маңыздысы, бастаушы абонентке арналған қызметтер бастаушы желіде, ал қосылатын абонентке арналған қызметтер қосылатын желіде, тиісінше S CSCF-терде қолданылады.

Ертедегі IMS және 3GPP емес жүйелердің қауіпсіздік аспектілері

TS 33.203-де анықталған қауіпсіздік біраз уақытқа дейін қолжетімсіз болуы мүмкін, әсіресе USIM/ISIM интерфейстерінің жетіспеуі және IPv4-ті қолдайтын құрылғылардың көп болуы себепті. Осы жағдайға байланысты, ең маңызды қауіптерден қорғану үшін 3GPP TR33.978-де "алғашқы IMS қауіпсіздігі" деп аталатын бірнеше қауіпсіздік механизмдерін анықтайды. Бұл механизм желіге қосылу процедуралары кезінде жүзеге асырылатын аутентификацияға негізделген, ол пайдаланушы профилі мен оның IP-адресі арасында байланыс орнатады. Алайда, бұл механизм де нашар, себебі пайдаланушы-желі интерфейсіндегі сигналдар қорғалмаған. CableLabs PacketCable 2.0-да IMS архитектурасын қабылдады, бірақ олардың терминалдарында USIM/ISIM мүмкіндіктері болмады, сондықтан 3GPP спецификацияларына Digest MD5 жарамды аутентификация опциясы ретінде қосылды. Кейіннен TISPAN да ұқсас жұмыстар жасады, өйткені олардың қызметі тұрақты желілерге бағытталған, бірақ процедуралары әртүрлі болды. IPsec мүмкіндіктерінің жетіспеуін толықтыру үшін Gm интерфейсін қамтамасыз ету мақсатында TLS опциясы енгізілді. Келесі 3GPP релиздері Digest MD5 әдісін ортақ IMS платформасына қарай енгізді, бірақ бұл әдіс өзгеше болды. Digest MD5 аутентификациясының барлық үш түрі бірдей функционалдыққа ие және IMS терминалы үшін бірдей болғанымен, S CSCF мен HSS арасындағы Cx интерфейсіндегі іске асылулары әртүрлі.