Введение

Архитектурная основа телекоммуникаций

IP-подсистема мультимедиа или IP-подсистема мультимедийных сетевых служб (IMS) — это стандартизированная архитектурная основа для предоставления IP-мультимедийных услуг. Исторически сложилось так, что мобильные телефоны предоставляли услуги голосовых вызовов через сеть с коммутацией каналов, а не напрямую через сеть с коммутацией пакетов IP. На смартфонах доступно множество технологий VoIP; IMS обеспечивает единый стандартный протокол для различных производителей. IMS была первоначально разработана организацией по разработке стандартов беспроводной связи 3rd Generation Partnership Project (3GPP) как часть концепции развития мобильных сетей за пределами GSM. Ее первоначальная версия (3GPP Rel 5) представляла собой подход к предоставлению интернет-сервисов через GPRS. Впоследствии эта концепция была обновлена организациями 3GPP, 3GPP2 и ETSI TISPAN, потребовав поддержку сетей, отличных от GPRS, таких как Wireless LAN, CDMA2000 и фиксированные линии связи. IMS использует протоколы IETF, где это возможно, например, протокол инициализации сеанса (SIP). По мнению 3GPP, IMS не предназначена для стандартизации приложений, а скорее для упрощения доступа к мультимедийным и голосовым приложениям с беспроводных и проводных терминалов, то есть для создания формы конвергенции фиксированной и мобильной связи (FMC). Это достигается за счет наличия горизонтального уровня управления, который изолирует сеть доступа от уровня обслуживания. С точки зрения логической архитектуры, сервисам не требуется иметь собственные функции управления, поскольку уровень управления представляет собой общий горизонтальный слой. Однако на практике это не всегда приводит к снижению затрат и сложности. Альтернативные и пересекающиеся технологии для доступа и предоставления услуг через проводные и беспроводные сети включают комбинации сетей общего доступа (Generic Access Network), софтсвитчей и "голого" SIP. Поскольку доступ к контенту и контактам становится все более простым с использованием механизмов, находящихся вне контроля традиционных операторов беспроводной и фиксированной связи, интерес к IMS ослабевает. Примерами глобальных стандартов, основанных на IMS, являются MMTel, который лежит в основе Voice over LTE (VoLTE), Wi-Fi Calling (VoWIFI), Video over LTE (ViLTE), SMS/MMS через Wi-Fi и LTE, USSD через LTE и Rich Communication Services (RCS), также известные как joyn или Advanced Messaging, а теперь RCS является реализацией операторов. RCS также дополнительно включила функциональность определения присутствия/EAB (расширенная адресная книга).

Архитектура

Каждая из функций на диаграмме описана ниже. Подсистема IP-мультимедийной сети является набором различных функций, соединенных стандартизированными интерфейсами, которые, будучи сгруппированы, образуют единую административную сеть IMS. Функция – это не узел (аппаратное устройство): разработчик может свободно объединять две функции в одном узле или разделять одну функцию на два или более узлов. Каждый узел также может присутствовать несколько раз в одной сети для масштабирования, балансировки нагрузки или организационных целей.

Сеть доступа

Пользователь может подключаться к IMS различными способами, большинство из которых используют стандартный IP. IMS-терминалы (такие как мобильные телефоны, персональные цифровые помощники (PDA) и компьютеры) могут регистрироваться непосредственно в IMS, даже находясь в роуминге в другой сети или стране (сети посещения). Единственное требование – поддержка IP и работа SIP-агентов. Поддерживаются проводной доступ (например, цифровая абонентская линия (DSL), кабельные модемы, Ethernet, FTTx), мобильный доступ (например, 5G NR, LTE, WCDMA, CDMA2000, GSM, GPRS) и беспроводной доступ (например, WLAN, WiMAX). Другие телефонные системы, такие как традиционная аналоговая телефонная связь (POTS), H.323 и системы, несовместимые с IMS, поддерживаются через шлюзы.

Архитектура ПСО на основе IMS

IMS-based PES (PSTN Emulation System) предоставляет услуги IP-сетей для аналоговых устройств. IMS-based PES позволяет устройствам, не поддерживающим IMS, восприниматься IMS как обычные пользователи SIP. Аналоговый терминал, использующий стандартные аналоговые интерфейсы, может подключаться к IMS-based PES двумя способами: через A MGW (Access Media Gateway), который связан и управляется AGCF. AGCF размещается в сети оператора и управляет несколькими A MGW. A MGW и AGCF взаимодействуют посредством H.248.1 (Megaco) через опорную точку P1. Телефон POTS подключается к A MGW через интерфейс z. Сигнализация преобразуется в H.248 в A MGW и передается в AGCF. AGCF интерпретирует сигнал H.248 и другие входные данные от A MGW для форматирования сообщений H.248 в соответствующие сообщения SIP. AGCF представляется как P CSCF для S CSCF и передает сгенерированные сообщения SIP в S CSCF или на IP-границу через IBCF (Interconnection Border Control Function). Сервис, представленный в S CSCF в сообщениях SIP, запускает PES AS. AGCF также имеет определенную логику, не зависящую от сервиса, например, при получении события снятия трубки от A MGW, AGCF запрашивает A MGW воспроизвести сигнал набора. Или через VGW (VoIP Gateway) или SIP Gateway/Adapter на стороне клиента. Телефоны POTS через VoIP Gateway подключаются к P CSCF напрямую. Операторы в основном используют контроллеры сеансовой связи между VoIP-шлюзами и P CSCF для обеспечения безопасности и сокрытия топологии сети. VoIP-шлюз подключается к IMS, используя SIP через опорную точку Gm. Преобразование сервиса POTS через интерфейс z в SIP происходит в VoIP-шлюзе на стороне клиента. Сигнализация POTS преобразуется в SIP и передается в P CSCF. VGW выступает в качестве SIP-пользовательского агента и представляется P CSCF как SIP-терминал. И A MGW, и VGW не осведомлены о сервисах. Они только передают сигналы управления вызовами к и от терминала PSTN. Управление сеансами и их обработка осуществляется компонентами IMS.

Обработка сеансов

Одна из наиболее важных особенностей IMS, заключающаяся в возможности динамического и дифференцированного (на основе профиля пользователя) запуска SIP-приложений, реализована как механизм фильтрации и перенаправления сигнализации в S-CSCF. S-CSCF может применять критерии фильтрации для определения необходимости пересылки SIP-запросов в AS. Важно отметить, что сервисы для вызывающей стороны будут применяться в сети вызывающей стороны, а сервисы для вызываемого абонента – в сети вызываемого абонента, во всех соответствующих S-CSCF.

Аспекты безопасности ранних систем IMS и систем, не относящихся к 3GPP

Предполагается, что безопасность, определенная в TS 33.203, может быть недоступна в течение некоторого времени, особенно из-за отсутствия интерфейсов USIM/ISIM и широкого распространения устройств, поддерживающих IPv4. В этой ситуации, для обеспечения некоторой защиты от наиболее серьезных угроз, 3GPP определяет ряд механизмов безопасности, которые неофициально называют "ранней безопасностью IMS", в TR33.978. Этот механизм опирается на аутентификацию, выполняемую в ходе процедур подключения к сети, которая связывает профиль пользователя с его IP-адресом. Этот механизм также имеет недостатки, поскольку сигнализация не защищена на интерфейсе между пользователем и сетью. CableLabs в PacketCable 2.0, который также использует архитектуру IMS, но не имеет функциональности USIM/ISIM в своих терминалах, опубликовал изменения в спецификации 3GPP, где Digest MD5 является допустимым вариантом аутентификации. Позже TISPAN предпринял аналогичные усилия, учитывая специфику фиксированных сетей, хотя процедуры отличаются. Для компенсации отсутствия возможностей IPsec, TLS был добавлен как опция для защиты интерфейса Gm. В последующих релизах 3GPP метод Digest MD5 был включен в общую платформу IMS, однако с собственным, отличным подходом. Несмотря на то, что все три варианта аутентификации Digest MD5 обладают одинаковой функциональностью и неразличимы для IMS-терминала, их реализации на интерфейсе Cx между S-CSCF и HSS различаются.