NGN e IMS II Funcoes Aplicacoes NGN e Arquitetura IMS

5/26/2018 NGN e IMS II Funcoes Aplicacoes NGN e Arquitetura IMS

NGN e IMS II: Funes e Aplicaes NGN e Arquitetura IMS

NGN e IMS II: Introduo

O tutorial parte I apresentou um histrico das telecomunicaes no mundo, e os fatores que levaram transio de um modelobaseado em redes dependentes das suas aplicaes que se baseavam em chaveamento de circuitos, para voz, chaveamento depacotes, para dados, para o modelo de redes convergentes, onde aplicaes de voz e dados podem conviver harmoniosamente.

Ainda conforme apresentou o tutorial parte I, as redes convergentes foram denominadas Redes NGN (Next Generation Networks), e

sua padronizao iniciou-se separadamente e em vrios rgos que focavam na pesquisa e desenvolvimento de novos serviosdirecionados as suas reas de atuao, ou seja, seguindo o modelo vertical habitual.

Mas com a nova tendncia de integrao e convergncia de servios exigida pelos usurios e as necessidades de reduo de custos, oconceito logo mudou e ento passaram a compartilhar as pesquisas e unir foras para chegarem padronizao de protocolos,interfaces e arquiteturas comuns e que interoperem com todas as demais j existentes para proporcionar a maior flexibilidadepossvel.

Figura 1: Integrao dos rgos de padronizao [1].

Observou-se que para controlar e possibilitar a entrega de diversos contedos e servios a qualquer tipo de acesso fazia-senecessrio um core bem definido e estruturado. Assim surgiu o IMS (IP Multimdia Subsystem) com o propsito de prover aintegrao completa das redes e servios como ilustrado na figura a seguir.

Figura 2: Arquitetura IMS como controle central de todas as redes [5].

Este tutorial parte II tem por objetivo detalhar as entidades funcionais da arquitetura NGN e a sua aplicao em redes convergentesque podem ser at totalmente IP. A seguir, detalhada a arquitetura IMS, considerando os fatores motivadores que levaram ao seudesenvolvimento, a sua padronizao e elementos funcionais.


NGN e IMS II: Entidades Funcionais NGN

As entidades funcionais so entidades lgicas que compe a arquitetura de referncia e, portanto, no necessariamente soequipamentos fsicos distintos, pois os fornecedores podem agregar vrias funes co-relacionadas em um nico produto.

H virtualmente um nmero ilimitado de maneiras de empacotar as vrias funes em entidades fsicas. A figura 3 mostra 12diferentes funes que so importantes compreender suas caractersticas e autonomias.

Figura 3: Entidades funcionais NGN [11].

MGC-F

O MGC-F (Media Gateway Controller Function), tambm conhecido como Call Agentou Call Controller, fornece a mquina de estadoda chamada para os endpoints. Seu papel preliminar fornecer a lgica da chamada e o controle da sinalizao da chamada para umou mais Media Gateways.

Caractersticas do MGC-F:

Mantm ativas todas as chamadas que passam pelos Media Gateways.

Estabelece a comunicao entre dois MG-Fs para troca de mensagens, assim como com telefones IP ou terminais.

Atua como canal para a negociao de parmetro de mdias.

Origina e termina as mensagens de sinalizao dos endpoints, de outros MGC-Fs e de redes externas.

Pode interagir com o AS-F com a finalidade de fornecer um servio ou uma caracterstica ao usurio.

Pode controlar alguns recursos da rede (por exemplo, portas de MG-F, largura de faixa etc.).

Relaciona com R-F/A-F para roteamento de chamadas, autenticao e tarifao.

Pode participar em tarefas de gerncia em um ambiente mvel (a gerncia da mobilidade geralmente parte do CA-F).

Os protocolos aplicveis incluem H.248 e MGCP.CA-F e IW-F

O CA-F (Call Agent Function) e o IW-F (Interworking Function) so subconjuntos do MGC-F. A funo de agente de chamada (CA-F)existe quando o MGC-F tem a responsabilidade do controle das chamadas e da manuteno do estado das chamada. Exemplos deprotocolos de CA-F e API's incluem:

SIP, SIP-T, BICC, H.323, Q.931, Q.SIG, INAP, ISUP, TCAP, BSSAP, RANAP, MAP e CAT (mveis).

API's abertas (JAIN, Parlay, etc.).A funo interworking (IW-F) existe quando o MGC-F executa interao de sinalizao entre redes com diferentes padres desinalizaes (por exemplo, SS7 e SIP). Exemplos de protocolos de IW-F incluem H.323/SIP e IP/ATM.

R-F e A-F

O R-F (Call Routing Function) fornece a informao de roteamento da chamada ao MGC-F, enquanto que o A-F (Call AccountingFunction) coleta informao com a finalidade de faturamento da chamada. O A-F pode tambm ter um papel maior se embutido coma funcionalidade comum ao AAA de autenticao, autorizao e faturamento em redes de acesso remoto. O papel preliminar deambas as funes responder aos pedidos de um ou mais MGC-F's, dirigindo a chamada ou sua bilhetagem aos endpoints(outroMGC-F's) ou servios (AS-F's).

Caractersticas do R-F/A-F:

Fornece a funo de roteamento para Call Routingsinternos e externos a rede (R-F).

Produz detalhes de cada sesso para finalidades de faturamento e planejamento (A-F). Fornece a gerncia de sesso e gerncia da mobilidade.

Pode aprender informaes de roteamento de fontes externas.

Pode interagir com o AS-F para finalidades de fornecer um servio ou uma caracterstica ao usurio.

Pode operar transparentemente s outras entidades do nvel de sinalizao.


Muitos R-F's e A-F's podem ser agrupados seqencialmente ou hierarquicamente.

O R-F/A-F freqentemente integrado com o MGC-F. Entretanto, como o caso com o AS-F, um R-F/A-F/MGC-F integradopode tambm pedir servios de um R-F/A-F externo.

O A-F coleta e emite informaes de contabilidade por chamada. O AS-F emite informaes de contabilidade para serviosavanados, tais como informao de servios de conferncias e premium.

Os protocolos aplicveis ao R-F incluem ENUM e TRIP.

Os protocolos aplicveis ao A-F incluem RADIUS e AuC (para redes mveis).SPS-F

A incorporao mais comum do R-F e do A-F como um SIP Proxy Server, por esta razo a funo est mostrada separada.

SG-F e AGS-F

O SG-F (Signaling Gateway Function) fornece uma traduo da sinalizao entre uma rede IP e a PSTN, se baseada em SS7/TDM ouBICC/ATM. Para redes mveis sem-fio, o SG-F fornece tambm uma traduo da sinalizao entre uma rede com o core baseado emIP e a PLMN que tambm baseado em SS7/TDM ou em BICC/ATM. O papel preliminar do SG-F encapsular e transportar protocolosde sinalizao da PSTN (ISUP ou INAP) ou da PLMN (MAP ou CAP) sobre o protocolo IP.

O AGS-F (Access Gateway Signaling Function) fornece uma traduo da sinalizao entre uma rede IP e uma rede de acesso porcomutao de circuito, independentemente se baseada em V5 ou ISDN. Para redes mveis sem-fio, o AGS-F fornece tambm umatraduo da sinalizao entre uma rede com o core baseado em IP e a PLMN que tambm baseada em TDM ou ATM. O papelpreliminar do AGS-F encapsular e transportar protocolos sinalizao V5 ou ISDN (sem-fio), BSSAP ou RANAP (cabeado) sobre oprotocolo IP.

Caractersticas do SG-F:

Encapsular e transportar os protocolos de sinalizao da PSTN (por exemplo, SS7) usando o SIGTRAN ao MGC-F ou a outroSG-F.

Para redes mveis, encapsular e transportar os protocolos de sinalizao da PSTN/PLMN (por exemplo, SS7) usandoSIGTRAN ao MGC-F ou a outro SG-F.

A interface de comunicao do SG-F com as outras entidades utilizada quando o SG-F e o MGC-F no so co-localizados(por exemplo, SIGTRAN).

Um SG-F pode servir a mltiplos MGC-F's.

Os protocolos aplicveis incluem SIGTRAN, TUA, SUA e M3UA sobre SCTP.AS-F

O AS-F (Application Server Function) a entidade de execuo da aplicao. Seu papel preliminar fornecer a lgica de servio e aexecuo para uma ou mais aplicaes e/ou servios.

Caractersticas do AS-F:

Pode requisitar ao MGC-F terminar as chamadas/sesses para determinadas aplicaes (por exemplo, correio de voz ouponte de conferncia).

Pode requisitar ao MGC-F reiniciar caractersticas de chamada (por exemplo, ache-me/siga-me ou carto de chamada pr-pago).

Pode modificar a descrio de mdia usando o SDP (Service Delivery Platform).

Pode controlar um MS-F para funes de mdia.

Pode ser ligado a aplicaes Web ou ter interface Web.

Pode ter uma API para a criao de servio.

Pode ter interface de back-ende registro da sesso, de poltica e faturamento.

Pode relacionar com MGC-F's ou MS-F's.

Pode invocar outro AS-F para servios adicionais ou para construir aplicaes complexas e orientadas a componentes. Pode usar os servios de um MGC-F para controlar recursos externos.

Os protocolos aplicveis incluem o SIP, o MGCP, o H.248, o LDAP, o HTTP, o CPL e o XML.

API's abertas aplicveis incluindo JAIN e Parlay.Freqentemente a combinao do AS-F e do MGC-F fornece servios avanados de controle de chamada, tais como anncios de rede,chamada a 3, chamada em espera e assim por diante. Melhor que fazer a conexo dos blocos AS-F e MGC-F por protocolo, osfornecedores usam freqentemente uma API entre eles quando so executados em um nico sistema. Nesta combinao o AS-F conhecido como um Feature Server.

SC-F

A funo de controle do servio existe quando o AS-F controla a lgica do servio de uma funo, e por esta razo a funo apareceseparada. Os exemplos de protocolos de SC-F (Service Control Function) incluem INAP, CAT e MAP; API's abertas JAIN e Parlay.

MG-F

O MG-F (Media Gateway Function) a interface da rede IP com o endpointde acesso ou com a rede de troncos, ou com uma coleode endpointse/ou de troncos. Os servidores de MG-F so os portais entre as redes externas, de pacotes, das redes mveis, etc. Por


exemplo, o MG-F poderia fornecer a passagem entre uma rede IP e de circuito (IP a PSTN), ou entre duas redes de pacote (IP a 3Gou a ATM).

Seu papel preliminar transformar a mdia de um formato de transmisso a outro, mais freqentemente entre circuitos e pacotes,entre pacotes ATM e pacotes IP, ou entre circuitos analgicos/ISDN e pacotes como em um residential gateway. Basicamente atua nainterface entre distintas redes provendo a adequao dos distintos protocolos s respectivas redes possibilitando assim oestabelecimento da comunicao.

Caractersticas do MG-F:

Tem sempre um relacionamento mestre/escravo com o MGC-F que conseguido atravs de um protocolo de controle talcomo o MGCP ou MEGACO.

Pode executar funes de processamento de mdias tais como traduo de mdias, empacotamento de mdias, cancelamentode eco, gerncia do bufferdejitter, compensao de perda de pacote, etc.

Pode executar funes de insero de mdias tais como a gerao do tom de chamada, gerao de DTMF, gerao de rudode conforto, etc.

Pode executar funes de sinalizao e de deteco de evento de mdias tais como a deteco de DTMF, a deteco do tomdo gancho de ligar/desligar, a deteco da atividade da voz, etc.

Controla seus prprios recursos de processamento de mdias requeridos para fornecer as funcionalidades mencionadasacima.

Pode ter a habilidade de executar a anlise de dgito baseada em um mapa descarregado do MGC-F.

Fornece um mecanismo para o MGC-F examinar o estado e as caractersticas dos endpoints.

No requerido manter o estado de chamada das chamadas que passam pelo MG-F; o MG-F mantm somente o estadode conexo das chamadas suportadas.

Um telefone SIP tem as funcionalidades do MG-F e MGC-F conjuntamente.

Um gatewaySIP um MG-F e um MGC-F em uma nica caixa.

Os protocolos aplicveis incluem RTP/RTCP, TDM, H.248 e MGCPMS-F

O MS-F (Media Server Function) fornece a manipulao da mdia e o tratamento para mdia empacotada poder ser utilizada porqualquer aplicao. Seu papel preliminar operar como um servidor que atende aos pedidos do AS-F ou MGC-F para executar oprocessamento de mdias.

Caractersticas do MS-F:

Sustentao de mltiplos codec's e transcodificao.

Sustentao para controle por mltiplos AS-F's ou MGC-F's.

Sustentao para mltiplas e simultneas atividades.

Deteco de dgito.

Entrega de tons e anncios (qualquer arquivo multimdia).

Gerao algortmica de tom.

Gravao de entregas multimdias.

Reconhecimento de voz.

Gerao de discurso a partir de texto.

Ponte para conferncia.

Processamento de fax.

Deteco de atividade de voz e relatrio de rudo.

Combinaes programadas dos anteriores.

Trabalha sob o controle de um AS-F ou de um MGC-F atravs de um protocolo de controle, tambm com controle de recurso

ou invocao de funes ou scripts. Os protocolos aplicveis incluem SIP, MGCP e H.248.

O bloco MGC

O MGC (Media Gateway Controller) um dos elementos fsicos chaves de uma rede de VoIP. H muitas implementaes distintas deMGC que so identificadas por diferentes nomes, incluindo Softswitch, Call Agent, Call Controllerentre outros. Esto apresentadas nfigura 4 algumas das muitas possibilidades disponibilizadas pelos fabricantes de equipamento e fornecedores de servio.


Figura 4: Bloco MGC [11].

A maioria dos sistemas Media Gateway Controller implementam hoje outras funes alm ao MGC-F. As outras funes mostradasaqui (CA-F, IW-F, R-F e A-F) poderiam ser arranjadas na mesma plataforma fsica ou serem distribudas atravs de diferentessistemas que juntos constituem uma soluo completa de MGC. Naturalmente, para finalidades de balanceamento de carga edisponibilidade, o MGC pode ser implementado por um conjunto de sistemas.

Os blocos funcionais construdos neste Media Gateway Controller incluem o Connection Session Manager(MGC-F), o Call Control &Signaling (CA-F), Interworking/Border Connection Manager (IW-F) e o Access Session Manager (R-F/A-F). Outras caractersticasimplementadas no MGC mostradas incluem um Open Service Access Gateway, Proxies de aplicao, e agentes de OSS e de O&M.

O Open Service Access Gatewaye os Proxies de aplicao juntos fornecem a discriminao e distribuio da sinalizao e mdiaseparadas para aplicaes abertas e proprietrias, respectivamente. Os agentes de OSS e de O&M conectam aos gerentes externosde OSS/O&M situados em um centro de suporte operacional para a gerncia de rede, o servio e o provisionamento da rede,manuteno, e assim por diante.

NGN e IMS II: Aplicaes NGN

A figura 5 representa um exemplo de aplicao de um MGC, o MGC controla os Trunking Gateways, Media Gatewayse Media Serversusando um ou mais protocolos de controle de mudana de meios atravs do MGC-F.

O MGC origina e termina mensagens de sinalizao dos endpoints, outros MGC's e de redes externas. Especificamente, o bloco CallControl & Signaling(CA-F) executa esta funo. O bloco Call Control & Signalingtambm mantm o estado de cada chamada.


Figura 5: Exemplo de implementao de um sistema MGC [11].

O exemplo do sistema MGC mostrado tambm executa outras funes: Routing & Call Accounting(R-F/A-F), um SIP Proxy Server(SPS-F) e um Interworking/Border Connection Manager (IW-F). O MGC comunica-se, atravs do bloco Open Service Gateway (ouProxy de aplicao), comApplication Serverspara servios que no so nativos do MGC. Isto podia ser feito por vrios protocolos decontrole de servio e API's, tais como SIP, JAIN e Parlay.

A seguir so apresentados alguns exemplos de diferentes configuraes de redes VoIP popularmente aplicados. Cada exemplo mostracomo as vrias entidades funcionais puderam vir junto aos dispositivos fsicos e interaes lgicas para compor uma rede VoIP. Ouseja, cada um justamente o exemplo de uma implementao possvel, mas nenhum exemplo tem a inteno de representar amelhor utilizao.

Rede com Fios

As entidades fsicas neste exemplo (figura 6) consistem no Media Gateway Controller (MGC), Applications Server (AS), TrunkGateway(TG),Access Gateway(AG), Signaling Gateway(SG) e Media Server(MS).


Figura 6: Aplicao em rede com fios [11].

O MGC neste exemplo est realizando as funes MGC-F, R-F e A-F. O MGC termina todas as sinalizaes (diretamente outransportado sobre IP) e realiza o interworkingde sinalizao (por exemplo, a sinalizao de um telefone SIP com a rede PSTN).Controla o TG e o AG para alocao de recursos de mdia. O MGC tambm autentica e rotea as chamadas na rede VoIP e forneceinformaes de conta. Por fim, o MGC interage com outros MGCs usando os protocolos SIP/SIP-T, H.323 ou Q.BICC.

O AS tem a lgica do servio para aplicaes, tais como o correio de voz. As chamadas que requerem estas funes podem serentregues pelo MGC ao AS para o controle do servio, ou o AS pode fornecer a informao requerida para a execuo da lgica doservio ao MGC. O AS pode controlar o MS diretamente ou passar o controle do MS ao MGC.

O TG termina os trfegos de mdia vindos da PSTN, os transcodifica sobre IP e permite seu transporte pela rede IP. O TG controladopelo MGC.

O AG serve como interface entre a rede IP e qualquer rede de acesso com ou sem fio. O AG transporta a sinalizao sobre IP at oMGC enquanto transcodifica e transporta a mdia sobre IP a um endpointIP ou a um TG para envi-la a uma rede de circuitos ou aoutra rede de pacotes. O MG-F do AG controlado pelo MGC.

O SG termina a sinalizao dos trfegos de mdia para a PSTN e as transporta ao MGC sobre IP.

O MS pode executar tarefas de anncios e deteco de dgitos, embora o AG normalmente possua a funcionalidade de coleo dosdgitos na maioria de casos. O MS pode ser controlado pelo MGC, AS ou por ambos.

Rede totalmente IP

Este exemplo (figura 7) mostra uma rede toda em IP com os seguintes componentes (os quais poderiam estar agrupados fisicamentede muitas maneiras diferentes):

Telefones IP que podem suportar SIP, MGCP e/ou H.323.

H.323 Gatekeeper administrador de domnio baseado em endpoints com protocolo H.323 (R-F/A-F).

Media Server para fornecer funcionalidades avanadas de mdia, tal como IVR (MS-F).

SIP Proxy entidade de traduo de endereo e roteamento para os endpointsbaseados em SIP (R-F/A-F).

Application Server entidade lgica onde os servios so hospedados. Um AS pode tambm se comunicar com outros ASs,que podem executar servios usando JAIN, Parlay, etc. (AS-F).

MGC/IW-F Nesta arquitetura esta entidade usada para interworkingde protocolos; isto , quando endpointsSIP, H.323 eMGCP necessitam se comunicar um com outro. O MGC usado tambm para funes de roteamento e tarifao paracontrolar telefones MGCP.

SIP Registrar uma entidade SIP que mantm as posies atuais dos dispositivos SIP.


Figura 7: Aplicao em rede totalmente IP [11].

Os telefones SIP atualizam o SIP Registrar com seu endereo atual e usa o proxy para roteamento. Nos casos onde um telefone SIPnecessita se comunicar com as entidades no SIP, eles sinalizam ao MGC, que neste exemplo mantm o IW-F com os outrosprotocolos. Notar que tambm possvel fornecer as caractersticas dos telefones legados aos telefones SIP atravs do AS/MGC.

Os telefones MGCP contatam o MGC para estabelecer as chamadas. O MGC fornece tambm o R-F, A-F e IW-F para o telefone MGCP.

Para o caso de um telefone H.323, o H.323 Gatekeeperfornece o R-F e o A-F. O MGC fornece o protocolo de IW-F quando requeridopara comunicar-se com as redes no H.323.

Neste caso, as mensagens de mdia fluem fim-a-fim entre todos os dispositivos de mdia usando protocolo RTP/RTCP, independe doprotocolo de sinalizao usado. Nesta situao MGs no so necessrios. Um Media Gateway pode ser usado se for requeridotranscodificao entre diferentes codecs, dentro ou fora da rede.

A informao de faturamento e conta pode ser trocada entre Gatekeeper, SIP Proxy e/ou MGC por finalidades de contabilidadecompleta, especialmente em caso de chamadas que utilizam multi-protocolos.

Os AS's podem comunicar-se diretamente com os MSs ou com o controle do MGC sob o MS, assim durante a chamada pode fornecerservios avanados de mdia como atendimento automtico, IVR, conferencia, e assim por diante.

Comutao Tandem por VoIP

Este exemplo mostra um softswitchusado para a comutao tandem de troncos (figura 8), que substitui a comutao tandem classe4 convencionais da PSTN. O SG fornece a converso e transporte dos protocolos de sinalizao baseados em SS7 aos protocolos etransporte de sinalizao IP baseados em SIGTRAN. O TG, controlado pelo MGC, fornece a conectividade tandem dos troncos demdia (voz) da PSTN ao IP e a PSTN.


Figura 8: Substituio da tandem classe 4 [11].

POTS transportado sobre IP

A figura 9 mostra a interconexo de um telefone POTS com a PSTN atravs da rede IP. O telefone POTS conectado a um ResidentialGateway(um tipo de Access Gateway). O RG executa loopde sinalizao do usurio e passa a sinalizar ao MGC usando protocoloMGCP ou MEGACO.

O MGC realiza por sua vez a sinalizao com a PSTN com a ajuda do Signaling Gateway. O RG digitaliza e empacota a voz analgica eencaminha a voz digitalizada em pacotes RTP a PSTN atravs do Trunking Gateway.

Figura 9: POTS sobre IP [11].

NGN e IMS II: Motivadores e Padro IMS

Motivadores

Os desenvolvimentos da NGN e do IMS ocorreram praticamente em paralelo, mas com focos distintos. Enquanto a NGN foi tratadacom o pensamento de prover o interworkingentre as diversas redes existentes nas operadoras fixas o IMS apontava para as redesdas operadoras mveis com o objetivo de disponibilizar um mtodo rpido no desenvolvimento de novos servios para competir comos provedores de contedos.

O IMS, porm, mostrou-se muito eficaz em exercer a funo que ainda no estava completamente definida pelo core apresentandoum controle consistente e capaz de fazer a intermediao entre os diversos acessos e aplicaes para que o propsito daconvergncia se tornasse uma realidade factvel.

Assim, seria possvel disponibilizar todos os servios aos usurios independentemente do meio de acesso, consolidando acaracterstica da horizontalizao das redes agnsticas aos servios e, conseqentemente, possibilitando a competitividade entre asoperadoras de telecomunicaes fixa e mvel, e os provedores de servios de Internet.

Seriam empregados padres de QoS, segurana e bilhetagem, e se disponibilizariam servios multimdias integrados atravs de suaflexibilidade e rapidez para a criao e entrega de servios. Tambm seria possvel abrir e compartilhar a opo de criao deservios para terceiros, que muitas vezes so aqueles que de fato possuem os conhecimentos e a experincia no desenvolvimento,mas sempre permitindo o controle sob estes desenvolvimentos e assim provendo servios ubquos e uniformes.

Alm dos novos servios o IMS tambm fornece a base de sustentao para sobreposio das redes legadas, ou seja, possibilitando ototal provimento dos servios existentes, e assim cumprindo com todos os requisitos de qualidade exigidos pelos rgosregulamentadores e tambm disponibilizando o acesso aos servios pblicos emergenciais.

Padro

O IMS foi definido em 1999 originalmente pelo 3GPP responsvel por promover os sistemas de comunicao mvel baseados em IP.

A arquitetura IMS foi incorporada na padronizao das redes UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) realizada pelo3GPP na verso 5 em 2003, quando os servios multimdia baseados em SIP tambm foram includos. Nesta verso foramapresentadas as seguintes definies:

Arquitetura IMS com as entidades de rede e os pontos de referncia (interfaces) entre estas entidades.

Identidade de usurios pblicos e privados, utilizando SIP-URI e TEL-URI, ISIM, e o USIM ao invs do ISIM.

Controle de sesso do IMS que inclu registro, roteamento de sesso, modificao de sesso e compresso de sinalizaoSIP.

Controle dos servios pelo IMS que inclu a invocao e controle dosApplications Serversbaseado em critrios de filtros do

CSCF (Call Session Control Function), utilizao dos servios CAMEL (Customized Applications for Mobile networks usingEnhanced Logic), interconexo com o OSA-GW e utilizao dos servios OSA.

Mecanismos de QoS com pr-condies e autorizao de QoS de mdia baseado no PDF.

Mecanismos de segurana atravs de autenticao do usurio, proteo da integridade da mensagem e segurana dodomnio da rede IMS.


O grupo 3GPP2 (3rd Generation Partnership Project 2) responsvel pela padronizao do sistema CDMA (Code Division MultipleAccess) criou uma arquitetura baseada no IMS, chamada MMD (Multimidia Domain), que tambm oferece suporte as redes baseadasna tecnologia CDMA 2000.

Nas verses seguintes o 3GPP fez a adaptao do IMS para o mundo real e incluiu o suporte as redes WLAN ( Wireless Local AreaNetwork) (verso 6 em 2005), sendo que as principais caractersticas so:

Interoperabilidade com a PSTN, SIP endpointsda Internet e acessos WLAN.

Controle de sesso pelo IMS com suporte a mltiplos registros e roteamento por grupos de identidade.

Mecanismos de segurana com proteo confidencial das mensagens SIP, utilizao de chave pblica de infra-estrutura e

interface Ut de segurana. Servios de presena, mensagem instantnea, conferncia e gerenciamento em grupo.

J a verso 7 (2007) trata do suporte s redes fixas, com as seguintes caractersticas:

Acesso por redes all-IP(DSL, WLAN, etc.).

Chamadas de emergncia com funes para identificao, coleta de informaes e rastreamento do usurio.

QoS fim-a-fim provendo vrios cenrios e mecanismos para gerenciar e garantir a qualidade necessria.

Evoluo do controle de policiamento e bilhetagem adicionando aos perfis dos usurios as polticas de controle.

Definio de protocolos para algumas interfaces (Mp, Go, Gx, etc.).O IMS uma arquitetura NGN que permite as operadoras de telefonia oferecer servios multimdia. Embora o IMS tenha surgido como objetivo de integrar os servios de telefonia celular tradicional e a tecnologia de Internet, essa arquitetura fundamental tanto paraas operadoras de rede mvel como os operadores de rede fixa que quiserem oferecer servios multimdia baseados neste padro.

Neste sentido, a arquitetura IMS suporta os sistemas de telefonia atuais baseados em comutao por circuito, assim como os

sistemas baseados em comutao de pacotes.

A arquitetura IMS utiliza um grande nmero de padres e protocolos especificados por diferentes rgos e grupos:

3GPP e 3GPP2 Esto trabalhando juntos na definio do IMS/MMD.

IETF (Internet Engineering Task Force) Responsvel pela definio de vrios protocolos do IMS, entre eles os protocolosSIP e SDP.

ANSI Responsvel por alguns protocolos utilizados pelo IMS para permitir a integrao com o sistema legado, entre eles oT1.679 que permite a integrao entre a sinalizao ANSI ISUP e SIP.

ITU-T Padronizou os protocolos H.248 e Q.1912.SIP responsveis pelo controle de mdia e pela integrao entre ITU-T ISUPe SIP, respectivamente.

Parlay Promotor e especificador do Open Service Architecture (OSA), arquitetura para desenvolvimento de servios eaplicaes.

importante ressaltar que o IMS no padroniza servios especficos e sim enablers permitindo o acesso s diversas funcionalidadespresentes nos AS atravs dos Filter Criteriaque disparam estas diversas funcionalidades para fazer a orquestrao de um servio deacordo com as necessidades de mercado do momento.

NGN e IMS II: Arquitetura IMS

Antes de explorar a arquitetura geral no IMS devemos ter em mente que o 3GPP no padroniza Ns, mas sim Funcionalidades. Istosignifica que a arquitetura IMS, assim como a NGN, uma coleo de funes interligadas por interfaces padres.

Os fabricantes so livres para combinar duas ou mais funes em um nico n (por exemplo, em uma nica caixa fsica),similarmente podem dividir uma nica funo em dois ou mais ns. Em geral, a maioria dos vendors segue de perto a arquiteturaIMS e implementa cada funo em um nico n.

A figura 10 descreve uma viso geral da arquitetura IMS definida pelo 3GPP. A figura mostra a maioria das interfaces de sinalizaodo IMS. No esto includas todas as interfaces do IMS, mas somente as mais importantes [13].


Figura 10: Arquitetura geral IMS [13].

No lado esquerdo da figura 10 est o terminal do IMS, normalmente chamado de User Equipment(UE).

Notar que, embora a figura mostre um terminal IMS que acessa a rede via rdio, o IMS suporta outros tipos de dispositivos e deacessos. PDAs e computadores so exemplos dos dispositivos que podem conectar o IMS. Os exemplos de acessos alternativos soWLAN ou ADSL.

O restante da Figura 3.1 mostra os ns includos no subsistema tambm chamado de IP Multimedia Core Network Subsystem. Estesns so:

Uma ou mais bases de dados do usurio, chamadas de HSS (Home Subscriber Servers) e SLF (Subscritor LocationFunctions).

Um ou mais SIP Servers, conhecido coletivamente como CSCFs (Call/Session Control Functions).

Um ou mais ASs (Application Servers).

Um ou mais MRFs (Media Resource Functions), divididos entre o MRFC (Media Resource Function Controllers) e o MRFP(Media Resource Function Processors).

Um ou mais BGCFs (Breakout Gateway Control Functions).

Um ou o mais PSTN Gateway, composto por SGW (Signaling Gateway), MGCF (Media Gateway Controller Function) e MGW(Media Gateway).

A figura 10 tambm no faz referncia s funes de tarifao [13].

HSS e SLF

O HSS o repositrio central para as informaes relacionadas aos usurios. Tecnicamente, o HSS uma evoluo do HLR (HomeLocation Register), que um n especificado pela arquitetura GSM. O HSS contm todos os dados relacionados ao usurionecessrios para assegurar sesses multimdia.

Estes dados incluem, entre outros, informaes da posio, da segurana (incluindo ambas as informaes de autenticao e deautorizao), de perfil do usurio (incluindo os servios que o usurio tem acesso), e o S-CSCF (Serving-CSCF) alocado ao usurio.

Uma rede pode conter mais de um HSS, caso o nmero de usurios seja muito elevado para ser contido em um nico HSS. Em todocaso, todos os dados relacionados a um usurio particular so armazenados em apenas um HSS.

As redes com um nico HSS no necessitam de um SLF, somente redes com mais de um HSS requerem um SLF.

O SLF uma base de dados simples que mapeia e relaciona os endereos dos usurios aos seus respectivos HSS's. Um n quepergunte ao SLF, com o endereo do usurio como entrada, obtm o HSS que contm toda a informao relacionada a esse usuriocomo sada.

O HSS e o SLF utilizam o protocolo Demitir com uma aplicao especfica para o IMS.

CSCF

O CSCF, que um servidor SIP, um n essencial no IMS. O CSCF processa a sinalizao SIP no IMS. H trs tipos de CSCF,dependendo da funcionalidade que exerce. Todos so conhecidos coletivamente como CSCF's, mas todo CSCF pertence a uma dastrs categorias que seguem:

P-CSCF (Proxy-CSCF).


I-CSCF (Interrogating-CSCF).

S-CSCF (Serving-CSCF).P-CSCF

O P-CSCF o primeiro ponto de contato (no plano de sinalizao) entre o terminal IMS e a rede IMS. Do ponto de vista do SIP, o P-CSCF est agindo como um SIP Proxy Serverde entrada e sada. Isto significa que todos os pedidos iniciados ou destinados aoterminal IMS passa pelo P-CSCF. O P-CSCF envia requisies e respostas SIP no sentido apropriado (isto , para o terminal IMS oupara a rede IMS).

O P-CSCF alocado ao terminal durante o registro e permanece enquanto durar este registro (isto , um terminal IMS se comunicasomente com um nico P-CSCF durante todo o registro).

O P-CSCF inclui diversas funes, algumas delas so relacionadas segurana. Primeiramente, estabelece um nmero de associaesde segurana IPSec para o terminal IMS. Estas associaes de segurana IPSec oferecem proteo de integridade (isto , ahabilidade de detectar qualquer mudana no contedo da mensagem desde sua criao).

Uma vez que o P-CSCF autentica o usurio (como parte do estabelecimento da associao de segurana) o P-CSCF afirma aidentidade do usurio aos demais ns da rede. Desta maneira, os outros ns no necessitam autenticar novamente o usurio j queconfiam no P-CSCF. O resto dos ns da rede de identificao do usurio (afirmada pelo P-CSCF) tem outras finalidades, tais comofornecer servios personalizados e gerar registros do cliente.

Adicionalmente, o P-CSCF verifica a exatido dos pedidos SIP emitidos pelo terminal IMS. Esta verificao impede que terminais IMScriem requisies as quais no foram construdos de acordo com regras do SIP.

O P-CSCF inclui tambm um compressor e um descompressor de mensagens SIP (os terminais IMS tambm incluem ambos). Asmensagens SIP podem ser grandes, dado que o SIP um protocolo baseado em texto.

Enquanto uma mensagem SIP pode ser transmitida sobre uma conexo broadband em uma durao razoavelmente curta, atransmisso de grandes mensagens SIP sobre um canal narrowband, tal como alguns links de rdio, pode demorar alguns segundos.

O mecanismo usado pra reduzir o tempo de transmitir uma mensagem SIP comprimir a mensagem, emiti-la sobre a interfacearea, e descomprimi-la aps seu recebimento no lado oposto.

O P-CSCF pode incluir um PDF (Policy Decision Function). O PDF pode estar integrado com o P-CSCF ou ser implementado comostand-alone. O PDF autoriza recursos de mdias e controla a qualidade do servio deste plano.

O P-CSCF gera tambm a informao de tarifao para um n externo de coleta.

Uma rede IMS inclui geralmente um nmero tal de P-CSCFs que justifique a escalabilidade do equipamento e mantenha a

redundncia da funcionalidade.

I-CSCF

O I-CSCF um proxy SIP situado na borda de um domnio. O endereo do I-CSCF listado nos registros de domnio do DNS (DomainName System). Quando um SIP server executa os procedimentos SIP para encontrar o prximo salto SIP para uma mensagemparticular, o SIP server obtm o endereo de um I-CSCF do domnio de destino.

Alm da funcionalidade de proxy server SIP o I-CSCF tem interface com o SLF e o HSS. Esta relao baseada no protocoloDiameter. O I-CSCF recebe a informao da posio do usurio e redireciona a requisio SIP para o destino apropriado (tipicamenteum S-CSCF).

Adicionalmente, o I-CSCF pode opcionalmente cifrar partes de mensagens SIP que contm informao sobre o domnio, tal como onmero dos usurios no domnio, seus nomes do DNS, ou sua capacidade. Esta funcionalidade referenciada como THIG (TopologyHiding Inter-network Gateway). A funcionalidade THIG opcional e provvel no ser aplicada a maioria das redes.

Uma rede IMS inclui geralmente a quantidade de I-CSCFs que justifique a escalabilidade do equipamento e mantenha a redundnciada funcionalidade.

S-CSCF

O S-CSCF o n central do plano de sinalizao. O S-CSCF essencialmente um SIP server, mas tambm executa o controle desesso. Alm da funcionalidade de SIP server o S-CSCF tambm atua como um SIP registrar. Isto significa que mantm uma ligaoentre a posio do usurio (por exemplo, o endereo IP que o usurio "logou") e o endereo SIP do usurio de registro (conhecidotambm como Public User Identity).

Como o I-CSCF, o S-CSCF tambm executa uma relao com o HSS via Diameter. As principais razes para comunicar com o HSSso:

Baixar os vetores de autenticao do HSS referente ao usurio que est tentando acessar o IMS. O S-CSCF usa estes vetores

para autenticar o usurio. Baixar o perfil de usurio do HSS. Os perfis de usurio incluem o perfil do servio, que um conjunto de triggers que podem

fazer com que uma mensagem SIP seja roteada atravs de um ou mais servidores de aplicao na orquestrao de umservio especfico.

Informar o HSS que este o S-CSCF que alocou o usurio durante o registro.


Todas as sinalizaes SIP que os terminais IMS emitem e recebem passam pelo S-CSCF alocado a este usurio. O S-CSCF inspecionacada mensagem SIP e determina se a sinalizao SIP deve visitar uma ou mais aplicaes durante o caminho ao destino final.

Uma das funes principais do S-CSCF fornecer o roteamento SIP aos servios. Se o usurio marcar um nmero de telefone em vezde um URI SIP (Uniform Resource Indentifier) o S-CSCF fornece os servios de traduo, baseados tipicamente no DNS E.164Number Transation.

O S-CSCF tambm refora o policiamento do operador da rede. Por exemplo, um usurio pode no ser autorizado a estabelecerdeterminados tipos de sesses. O S-CSCF impede usurios de executar operaes desautorizadas.

Uma rede inclui geralmente um nmero de S-CSCFs de acordo com a escalabilidade e redundncia desejada.

MRF

O MRF (Media Resource Function) fornece uma fonte de mdias na rede local. O MRF fornece rede local a habilidade de tocaranncios, misturar canais de mdia (por exemplo, uma ponte centralizada da conferncia), transcodificar diferentes codec's, obtmestatsticas, e faz toda anlise das mdias.

O MRF dividido em um n do plano de sinalizao chamado de MRFC (Media Resource Function Controller) e em um n do plano demdia chamado de MRFP (Media Resource Function Processor). O MRFC atua como um SIP User Agent (endpoint) e contm umainterface SIP com o S-CSCF. O MRFC controla os recursos no MRFP atravs de uma interface H.248. O MRFP executa todas as funesrelacionadas mdia, tais como anncios e conferncias.

BGCF

O BGCF essencialmente um SIP server que inclui a funcionalidade de roteamento baseada em nmeros de telefone. O BGCF usado somente nas sesses que so iniciadas por um terminal IMS e dirigidas a um usurio em uma rede de circuito, tal como aPSTN ou a PLMN. As funcionalidades principais do BGCF so:

Selecionar uma rede apropriada onde o interworkingcom o domnio de circuitos possa ocorrer.

Selecionar um gatewayapropriado para o tratamento da mdia PSTN/CS, se o interworkingocorrer na mesma rede onde oBGCF est alocado.

PSTN/CS Gateway

O PSTN Gateway fornece a interface com a rede de comutao por circuito, permitindo que os terminais IMS faam e recebamchamadas da PSTN (ou de alguma outra rede baseada em comutao por circuito).

A figura 11 mostra a conexo entre um BGCF e um PSTN Gatewaydecomposto.

Figura 11: PSTN Gateway [13].

O PSTN Gateway composto pelas seguintes funes:

SGW: o Signaling Gateway a interface com o plano de sinalizao da rede CS (por exemplo, a PSTN). O SGW executa aconverso de protocolo da camada mais baixa. Por exemplo, um SGW responsvel por substituir o transporte MTP peloSCTP (Stream Control Transmission Protocol) sobre IP. Assim, o SGW transforma o ISUP ou BICC sobre MTP por ISUP ou

BICC sobre SCTP/IP. MGCF: o Media Gateway Control Function o n central do PSTN/CS Gateway. Executa uma mquina de estado que faz a

converso de protocolo e o mapeamento SIP (o protocolo de controle da chamada no lado IMS) e tambm ISUP sobre o IPou BICC sobre IP (BICC e ISUP so protocolos de controle da chamada em redes Circuit-Switched). Alm da converso deprotocolo e do controle da chamada, o MGCF controla os recursos dos MGW. O protocolo usado entre o MGCF e o MGW H.248.


MGW: o Media Gateway a interface com o plano de mdia da rede PSTN ou CS. Por um lado o MGW pode enviar e recebermdias da rede IMS sobre o Real-Time Protocol(RTP). Por outro lado o MGW usa um ou mais time slots PCM (Pulse CodeModulation) para conectar com a rede de CS. Adicionalmente, o MGW executa transcodificao quando o terminal IMS nosuporta o codec usado pelo lado CS. Um cenrio comum ocorre quando o terminal IMS est usando o codec AMR e oterminal PSTN est usando o codec G.711 [13].

AS

O AS (Application Server) uma entidade SIP que hospeda e executa servios. Dependendo do servio atual o AS pode se operar namodalidade SIP proxy, SIP UA (User Agent), ou SIP B2BUA (Back-to-Back User Agent). O AS comunica com o S-CSCF usando SIPcomo mostrado na figura 12.

Figura 12: Diferentes tipos de ASs [13].

O SIP AS o usurio nativo da aplicao que hospeda e executa os servios Multimdias IP baseados em SIP. Espera-se que os novosservios especficos de IMS provavelmente sero desenvolvidos nestes servidores.

O OSA-SCS (Open Service Access Service Capability Server) fornece uma interface a aplicaes estruturadas em OSA. Herdandotodas as funcionalidades do OSA especialmente para alcanar o IMS pelas redes externas. Este n age como um AS conectado ao S-CSCF por SIP e ao AS OSA pelas APIs.

O IM-SSF (IP Multimedia Service Switching Function) permite a reutilizao dos servios que foram desenvolvidos para o GSMatravs do protocolo CAMEL. O IM-SSF permite que um gsmSCF (GSM Service Controll Function) controle uma sesso IMS. O IM-SSFage como um AS conectado via SIP ao S-CSCF e como um SSF conectado via CAP ao gsmSCF.

Alm da interface SIP, o AS pode opcionalmente fornecer uma interface ao HSS. As interfaces dos SIP-AS e OSA-SCS com o HSS sovia Diameter e entre o IM-SSF com o HSS via MAP, elas so utilizadas para download ou uploaddos dados relacionados a umusurio [13].

NGN e IMS II: Consideraes Finais

Esta srie de tutoriais apresentou os conceitos e a padronizao das redes NGN (Next Generation Networks) e sua comparao comas redes legadas, e introduz o conceito IMS (IP Multimedia Subsystem), como forma de disponibilizar um mtodo rpido nodesenvolvimento de novos servios para competir com os provedores de contedos.

O tutorial parte I apresentou as redes de telecomunicaes desde o seu incio (redes legadas) e detalhou os principais conceitos dasredes NGN (redes convergentes), sua arquitetura e o seu modelo funcional.

Este tutorial parte II apresentou os elementos funcionais e as aplicaes das redes NGN e detalhar os sistemas IMS, apresentadoseus conceitos e sua arquitetura.

As definies dos principais modelos funcionais, interfaces e protocolos de comunicao das arquiteturas NGN e IMS do a visobsica do caminho da evoluo das redes de telecomunicaes para possibilitar a convergncia entre as redes e a entrega dosservios independente dos meios de acesso.

Entretanto, faz-se necessrio um maior aprofundamento em algumas caractersticas adicionais, tambm importantes, mas no

includas neste trabalho para se ter um abordagem completa.

A figura 13 ilustra uma arquitetura contento diversos elementos que complementam a soluo.


Figura 13: Arquitetura completa [8].

Podem-se destacar dois pontos que exigem uma ateno adicional:

Charging Function Funcionalidade de coleta e processamento da bilhetagem e tarifao.

Application Server Servios especficos que exigem uma grande ateno devida sua complexa interao entre elementos darede, tais como:

o Presence.o Push-to-talk.o Instant-message.o IP Centrex.

o Video-conference.

Referncias

1. SULTAN, A. Introduction to NGNs and Convergence. Em General Overview of the Universal Mobile TelecommunicationSystem. 2002.

2. KUTHAN, J. e SISALEM, D. SIP: More than you ever wanted to know about. 2007.3. Web ProForum Tutorials. IEC Convergence Switching and the Next-Generation Carrier, 2002.

Disponvel em: http://www.iec.org.4. CARNIEL, J. IMS: Ponte entre a Rede Pblica e o Indivduo. Em IMS Convergence Business Frum. So Paulo, 2007.5. Fixed Mobile Convergence Alliance Product Requirement Definitions, Release 2.0. 2006.6. Projeto 21CN da BT Group plc.

Disponvel em: http://www.btplc.com/21CN/index.htm.7. ITU-T Recommendation Y.2001: Global Information Infrastructure, Internet Protocol Aspects and Next-Generation Networks:

Next Generation Networks Frameworks and functional architecture models. Genebra, 2004.

8. MNCH, R. TISPAN & NGN Status and Perspectives. Em ICT Workshop ETSI TISPAN & South America. Brasilia, 2006.9. JULIEN, C. Converged Fixed-Mobile solutions. Em The TISPAN_NGN approach. Sophia, 2004.10. ALBERTI, A. Redes Convergentes Unidade VI Arquiteturas de Redes de Prxima Gerao. Instituto Nacional de

Telecomunicaes, 2006.11. IPCC, Reference Architecture V 1.2. California, 2002.

Disponvel em: http://www.packetcomm.org.12. MAGEDANZ, T. Overview of the IP Multimedia System (IMS) Principles, Architecture and Applications. Berlin, 2006.13. CAMARILLA, G e MARTIN, M. The 3G IP Multimedia Subsystem (IMS) Merging the Internet and the Cellular Worlds. Chi

Chester. John Wiley & Sons, 2006.14. SHEPARD, S. IMS Crash Course. New York. McGraw-Hill, 2006.

Documents

NGN e IMS II Funcoes Aplicacoes NGN e Arquitetura IMS