Arquitectura de la Plataforma IMS, procesos que realiza y formas de utilización

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA Arquitectura de la Plataforma IMS, procesos que realiza y formas de utilización Autor: Osvaldo Santos Abreu Tutor: Msc. Frank Zurbano Quintana. Santa Clara 2015 "Año 57 de la Revolución".

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA Arquitectura de la Plataforma IMS, procesos que realiza y formas de utilización. Autor: Osvaldo santos Abreu Tutor: Msc. Frank Zurbano Quintana. Santa Clara 2015 "Año 57 de la Revolución".

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Tutor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) I. TAREA TÉCNICA. Para la realización de este trabajo de diploma se ejecutarán las siguientes tareas Revisión de la bibliografía relacionada con el tema. Descripción de la arquitectura de la Plataforma IMS Descripción de los procedimientos que se realizan por parte del sistema IMS Exposición de las principales aplicaciones de la Plataforma IMS. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(5) II. RESUMEN. La Plataforma IMS deviene una solución a tener en cuenta por los operadores de telecomunicaciones interesados en el desarrollo de sus sistemas y servicios. En este trabajo se describen las principales características de la arquitectura de la Plataforma IMS, así como los procedimientos fundamentales que se llevan a cabo dentro de la misma. Mediante la exposición de las principales aplicaciones de la Plataforma se pretende lograr cierto nivel de conocimiento sobre el tema, para que esta tecnología pueda ser valorada como solución a problemas que se pueden presentar en las redes de telecomunicaciones actuales..

(6) III. TABLA DE CONTENIDOS. TAREA TÉCNICA ................................................................................................................. I RESUMEN ............................................................................................................................ II INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1 1. Capítulo 1: Descripción general de la plataforma IMS. ................................................. 8 1.1. Introducción del Capítulo. ...................................................................................... 8. 1.2. Estructura de la Plataforma IMS ........................................................................... 11. 1.2.1. Plano de Transporte. ....................................................................................... 13. 1.2.1.1 Nodos de interconexión de red. .................................................................... 14 1.2.2. Plano de servicios. .......................................................................................... 16. 1.2.3. Plano de Control ............................................................................................. 17. 1.2.3.1 El S-CSCF..................................................................................................... 18 1.2.3.2 El P-CSCF..................................................................................................... 18 1.2.3.3 El I-CSCF ..................................................................................................... 20 1.2.3.4 El HSS........................................................................................................... 20 1.2.3.5 El SLF ........................................................................................................... 21 1.3. Interfaces ............................................................................................................... 21. 1.3.1. Interfaz Usuario-Red....................................................................................... 22. 1.3.2. Interfaz Red-Red ............................................................................................. 22.

(7) IV 1.3.3 1.4. Interfaz Red-Aplicación .................................................................................. 23 Protocolos en IMS ................................................................................................ 23. 1.4.1. Protocolos de la Capa de Acceso .................................................................... 24. 1.4.2. Protocolos de transporte.................................................................................. 25. 1.4.2.1 TCP ............................................................................................................... 25 1.4.2.2 UDP .............................................................................................................. 25 1.4.3. Direcciones ..................................................................................................... 25. 1.4.3.1 DNS .............................................................................................................. 25 1.4.3.2 DHCP ............................................................................................................ 26 1.4.4. Protocolos para transporte de multimedia ...................................................... 26. 1.4.4.1 1.4.5. RTP/RTCP ............................................................................................... 27. Protocolos de control de sesión ...................................................................... 27. 1.4.5.1. SDP .......................................................................................................... 28. 1.4.5.2. SIP ........................................................................................................... 29. 1.4.5.2.1 Direccionado SIP ................................................................................... 30 1.4.5.2.2 Formato de mensajes SIP ....................................................................... 31 1.4.5.2.3 Línea de inicio ....................................................................................... 31 1.4.5.2.4 Encabezado SIP ..................................................................................... 34 1.4.5.2.5 Cuerpo del mensaje ................................................................................ 34 1.4.5.3 1.4.6. Diameter .................................................................................................. 35. 1.5. Protocolos de nivel de aplicación ................................................................... 36 Puntos de referencia .............................................................................................. 36. 1.5.1. Gm .................................................................................................................. 36. 1.5.2. Mw .................................................................................................................. 37.

(8) V. 2. 1.5.3. ISC .................................................................................................................. 37. 1.5.4. Cx .................................................................................................................... 37. 1.5.5. Dx/Dh.............................................................................................................. 37. 1.5.6. Sh/Si ................................................................................................................ 38. 1.5.7. Mm .................................................................................................................. 38. 1.5.8. Mg ................................................................................................................... 38. 1.5.9. Mi .................................................................................................................... 38. 1.5.10. Mk ................................................................................................................... 38. 1.5.11. Ut .................................................................................................................... 38. 1.5.12. Mr.................................................................................................................... 39. 1.5.13. Mp ................................................................................................................... 39. 1.5.14. Go.................................................................................................................... 39. Capítulo 2: Procedimientos en IMS. Registro y Cobro. ............................................... 41 2.1. Introducción del Capítulo ..................................................................................... 41. 2.2. Registro ................................................................................................................. 41. 2.2.1. Autenticación y Autorización ......................................................................... 42. 2.2.2. Identificadores ................................................................................................ 42. 2.2.3. Proceso de registro .......................................................................................... 42. 2.3. Sistemas de cobro en IMS .................................................................................... 45. 2.3.1. Sistema de cobro offline ................................................................................. 45. 2.3.2. Correlación CDR ............................................................................................ 46. 2.3.3. Procedimiento de cobro offline....................................................................... 47. 2.4. Sistema de cobro online...................................................................................... 49. 2.4.1 Cobro basado en evento ................................................................................... 50.

(9) VI 2.4.2 Cobro basado en sesión........................................................................................ 51 3. Capítulo 3: Aplicaciones. Voz sobre LTE .................................................................... 54 3.1. Introducción del Capítulo ..................................................................................... 54. 3.2. Convergencia ........................................................................................................ 55. 3.3. Funciones de la capa de convergencia .................................................................. 56. 3.3.1. Admisión ......................................................................................................... 57. 3.3.2. Proceso de admisión de red. ........................................................................... 58. 3.4. Telefonía Multimedia ........................................................................................... 60. 3.5. Interrelación IMS-LTE ......................................................................................... 61. 3.6. Consideraciones sobre la red de acceso LTE........................................................ 62. 3.7. Procesos involucrados en el establecimiento de llamadas en redes LTE utilizando. IMS. 63. 3.7.1. Asignación de portadoras................................................................................ 63. 3.7.2. Procedimiento general de llamada .................................................................. 64. 3.7.3. Flujo de inicio de llamada en IMS .................................................................. 66. 3.7.4. Otras consideraciones sobre protocolo SIP y su uso en sesiones de Telefonía. Multimedia .................................................................................................................... 67 3.7.5. Modificación de sesiones de Telefonía Multimedia ....................................... 68. 3.7.6. Terminación de sesiones multimedia. ............................................................. 68. 3.8. Virtualización de IMS ........................................................................................... 70. CONCLUSIONES ................................................................................................................ 73 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 75 GLOSARIO DE TÉRMINOS .............................................................................................. 78.

(10) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. Entre los usuarios de comunicaciones se vuelve cada vez más atractivo el intercambio, no solo de voz y mensajes de texto, sino también de otros tipos de multimedia como video, mensajes multimedia y la combinación de varios de estos servicios en una misma sesión. Por tal motivo, hoy en día es un requisito esencial para los usuarios un alto nivel de movilidad, combinado con una alta calidad en el acceso a estos servicios en cualquier lugar y momento. Esto exige los operadores de telecomunicaciones desarrollar sus redes para lograr mejorar la experiencia de usuario.[1] En este sentido, la tecnología de servicios móviles 3G cuenta con un grupo de capacidades que, de cierta forma, proveen al usuario de una serie de servicios entre los que se encuentran las comunicaciones de voz y el acceso a Internet a través de su sistema de conmutación de paquetes. No obstante, los usuarios necesitaban recibir en los terminales móviles los mismos servicios multimedia que obtenían a través de las redes fijas con experiencia de usuario similar. Con este objetivo surge el Subsistema de Multimedia IP IMS (IP Multimedia Subsystem). La tecnología IP se ha adueñado de la industria de las comunicaciones y constituye la base para los sistemas de comunicaciones actuales y los futuros, los cuales tienen como tendencia la adopción de este protocolo. IMS es una plataforma basada totalmente en IP, de ahí la idoneidad del sistema para ser utilizado en las redes de nueva generación. Las capacidades de IMS para manejar sesiones e interactuar con los usuarios, posibilitando el acceso a múltiples servicios desde la variedad de dispositivos con que puede contar el usuario final, le confiere actualmente, un lugar importante telecomunicaciones.. entre los operadores de.

(11) INTRODUCCIÓN. 2. La Plataforma IMS fue creada por parte del Proyecto de Colaboración para Tercera Generación 3GPP (Third Generation Partnership Project) , que está constituido por un grupo de asociaciones de telecomunicaciones, entre las que se encuentran el ARIB (Association of Radio Industries and Business) en Japón, el ETSI (European Telecommunications Standards Institute) en Europa y el Committee T1 en los Estados Unidos[2], interesadas en la aplicación global de las especificaciones para un sistema de telefonía móvil de tercera generación. La idea fundamental tras la creación de IMS fue ofrecer servicios de multimedia, que ya se prestaban en las redes fijas de comunicaciones, a través de redes celulares 3G. Sin embargo la tecnología 3G provee a los usuarios la capacidad de acceso a Internet mediante su sistema de transmisión de datos, garantizando con esto el acceso a una amplia gama de servicios multimedia y de otra índole. La ventaja de la utilización de IMS recae en tres aspectos fundamentales: la calidad de servicios QoS, los procedimientos de cobro por los servicios y la integración de los servicios.[2] Uno de los problemas fundamentales de los sistemas de conmutación de paquetes para ofrecer servicios de multimedia en tiempo real es la QoS, cuando la red no puede garantizar el ancho de banda adecuado para cada tipo de servicio o la latencia de los paquetes. Esto trae consigo, por ejemplo, que la calidad de una llamada de voz sobre IP (VoIP) pueda variar considerablemente durante el transcurso de la misma, pudiendo llegar a ser prácticamente imposible la comunicación. Una de las razones para la creación de IMS fue precisamente garantizar un nivel adecuado de QoS en dependencia del tipo de servicio que el usuario solicite; de esta manera se logra ofrecer una experiencia de usuario superior. Otro de los puntos que IMS viene a resolver está relacionado con el cobro por los servicios de manera apropiada. La Plataforma IMS presenta novedades o mecanismos de cobro más perfeccionados que los utilizados en las tecnologías de 2G y 3G. A través de IMS los operadores pueden ofrecer perfiles de cobro alternativos más beneficiosos para los usuarios. Además, IMS provee información sobre los servicios que son utilizados por los usuarios y, con esta información, el operador puede decidir qué tipo de tarifa aplicar para el cobro de los mismos..

(12) INTRODUCCIÓN. 3. Proveer integración de servicios constituye otra de las razones para el desarrollo de IMS. Los operadores suelen ofrecer servicios pertenecientes a terceros proveedores, combinándolos e integrándolos con los servicios que ofrece el propio operador. IMS define interfaces estándar para ser utilizadas por los desarrolladores de servicios. De esta manera los operadores pueden utilizar aplicaciones desarrolladas por diferentes proveedores y no están sujetos a tener que adquirir todos los servicios a través del mismo proveedor, como era anteriormente. Utilizando un núcleo común dentro de la plataforma IMS, los usuarios pueden hacer uso de los diferentes servicios, albergados en los servidores de aplicación, independientemente de la naturaleza de estos; posibilitando así la reutilización de los recursos y facilitando la terea de desarrollar nuevas aplicaciones. Aunque los motivos anteriores constituyen el fin para el que la Plataforma IMS fue pensada en sus inicios, su uso se ha extendido con otros fines y para otros tipos de acceso no necesariamente de redes móviles. La presencia de una capa de convergencia, dentro de la arquitectura IMS, posibilita el acceso mediante variedad de dispositivos. Esta funcionalidad permite que usuarios pertenecientes tanto a redes fijas como a sistemas móviles puedan hacer uso se los mismos servicios, independientemente del tipo de acceso que estos utilicen. Además, esta capa posibilita la fácil integración con redes de diferente naturaleza como la Red Pública Conmutada PSTN y redes móviles predecesoras.[3] La principal motivación para el sistema LTE ha sido sin duda los servicios de datos, y como resultado de ello, este sistema solo tiene soporte en el dominio de conmutación de paquetes. En los sistemas de segunda y tercera generación, la llamada de voz ha estado siempre sobre el dominio de la conmutación de circuitos y ha sido la principal atención desde la creación de las redes de telefonía móvil, dado que los usuarios esperaban la llamada de voz, como un servicio básico prestado por el operador. La falta en el sistema LTE de un dominio de conmutación de circuitos, plantea la cuestión de cómo proporcionar el servicio de telefonía, y la forma de garantizar la continuidad de la llamada, cuando el usuario se desplaza de una red LTE a redes 2G o 3G. La capacidad de IMS para manejar la telefonía ha convertido esta plataforma en la solución preferida para ofrecer este servicio en redes LTE. Este tipo de redes, al ser pensadas.

(13) INTRODUCCIÓN. 4. fundamentalmente para la transmisión de datos a altas velocidades, carecen de un medio adecuado para ofrecer servicios de telefonía. La integración de IMS con este tipo de tecnología la ha convertido en el medio para ofrecer este servicio a los usuarios. La alianza “One Voice”, constituida por un grupo de importantes operadores de redes de comunicaciones y productores de equipos, publicó, en noviembre de 2009[4], las recomendaciones para el perfil de Voz sobre IMS. Los prerrequisitos para lograr interoperabilidad entre los diferentes operadores y fabricantes deben ajustarse a este perfil; en el cual se basó la Organización de Operadores de Redes de Comunicaciones GSMA(Global System for Mobile Communications Association) para anunciar el lanzamiento de la iniciativa de Voz sobre LTE en febrero de 2010[5]. La GSMA publico el perfil IMS para Voz y SMS basado en el perfil especificado por la alianza “One Voice” en el que solo se listan las características esenciales de los terminales y las redes para soportar los servicios de voz y SMS sobre IMS; las funciones IMS requeridas, servicios suplementarios, características multimedia y las capacidades de manejo de paquetes del núcleo y sistemas de radio.[6] La virtualización es otra de las aplicaciones de la plataforma IMS. En Enero del 2013 las principales compañías dentro de la industria de ICT (Information and Telecommunications Technologies) se unieron para establecer el Grupo de Especificación para la Industria (ISG) para la Vitalización de las Funciones de Red, abreviado NFV (Network Function Virtualization) bajo el auspicio de la ETSI, para definir los requerimientos, arquitectura y escenarios de aplicación de NFV. La NFV se dirige hacia el desacople del software y hardware y virtualiza las funciones de red de forma tal que no tengan que depender de un hardware especial y puedan ser desplegados los servicios a través de la instalación y actualización de software. El hardware puede ser también actualizado, mejorando el comportamiento de la red y el recorte de costos. De esta forma, NFV ayuda a las empresas de transporte en el incremento de la flexibilidad de las redes, en la realización extremadamente eficiente de la construcción y operación de la red, en la expedición del servicio de aprovisionamiento y reduce el costo total de la propiedad. Por tales motivos, NFV constituye un logro importante para las empresas y.

(14) INTRODUCCIÓN. 5. representa también la nueva revolución en la arquitectura de red que sigue a la transformación de todo a IP. Debido a las características de la Plataforma IMS que se describirán en el transcurso de la investigación, se hace evidente que es un sistema con perspectivas para la virtualización. Su estructura de capas y las características de la mayoría de sus bloques funcionales así lo demuestran. Teniendo en cuenta estos aspectos y habiendo revisado la bibliografía correspondiente, para la realización del presente trabajo, se ha planteado el siguiente problema científico: ¿Cuáles son las características de la Plataforma IMS y sus principales formas de utilización? Para responder esta interrogante, en el presente trabajo se tiene como objetivo general:  Describir la arquitectura de la Plataforma IMS, los procedimientos que realiza y sus principales formas de utilización. Y como objetivos específicos: 1. Describir la arquitectura de la Plataforma IMS. 2. Describir los principales procesos que realiza la Plataforma IMS como parte de su funcionamiento. 3. Exponer las principales formas de utilización de la Plataforma IMS. Con la intención de poder cumplir con cada uno de estos objetivos específicos se plantearon las siguientes preguntas de investigación: 1. ¿Cómo está constituida la arquitectura de la Plataforma IMS? 2. ¿Cuáles son los principales procedimientos que se llevan a cabo dentro de la Plataforma IMS? 3. ¿Cuáles son las funciones para las que se utiliza la Plataforma IMS actualmente? Para la realización del trabajo de diploma se siguieron las distintas tareas de investigación: 1. Revisión de la bibliografía relacionada con la Plataforma IMS, su arquitectura y aplicaciones..

(15) INTRODUCCIÓN. 6. 2. Descripción de la arquitectura de la Plataforma IMS. 3. Descripción de los principales procedimientos llevados a cabo por la Plataforma IMS. 4. Exposición de las principales aplicaciones de la Plataforma IMS. En el transcurso de este trabajo se exponen las principales características de la Plataforma IMS, su arquitectura y funciones fundamentales, las cuales permiten alcanzar los objetivos para los que fue pensada. Además se muestran los principales procedimientos que se desarrollan dentro de la arquitectura del sistema. Por último se exponen las principales formas de aplicación de la plataforma por parte de los operadores de comunicaciones actualmente particularizando en el caso de VoLTE. El presente trabajo presenta un alto contenido teórico el cual resulta de utilidad para comprender la arquitectura y funcionamiento de la Plataforma IMS. Se pueden determinar los campos en los que sería conveniente su aplicación. El conocimiento del sistema permite que este pueda ser utilizado para dar solución a los problemas a los que puede enfrentarse un operador de telecomunicaciones. Con este trabajo se pretende demostrar las ventajas del uso de estas características de la Plataforma IMS en las redes de telecomunicaciones actuales. No necesariamente deben ser utilizadas en su conjunto sino que cada operador de telecomunicaciones puede usar esta plataforma con el fin que estime conveniente. Teniendo en cuenta estos criterios se puede afirmar que los resultados de la investigación poseen una aplicación, práctica y teórica, relevante para los operadores de telecomunicaciones interesados en el desarrollo de la telefonía móvil así como para los interesados en ampliar sus conocimientos sobre el tema. En particular en nuestro país no existe despliegue de redes IMS por lo que este trabajo ayudaría a pensar en la conveniencia o no de su utilización en los planes futuros de desarrollo de las comunicaciones en Cuba. De esta forma se realizó el diseño del presente Trabajo de Diploma teniendo en cuenta la información recopilada mediante la revisión bibliográfica, dando como resultado la siguiente estructura del trabajo..

(16) INTRODUCCIÓN. 7. El informe está compuesto por la introducción, tres capítulos, conclusiones, recomendaciones, referencias bibliográficas y un glosario de términos. En el primer capítulo se realiza una descripción de la arquitectura de la Plataforma IMS, exponiendo las funciones fundamentales de cada uno de los bloques funcionales que la componen. En el segundo capítulo se describen los principales procedimientos que se llevan a cabo por parte de la Plataforma IMS. En el tercer capítulo se exponen las principales formas de utilización de la Plataforma IMS en las redes de comunicaciones actuales, profundizando en la utilización de la Plataforma IMS para ofrecer servicio de telefonía en redes LTE..

(17) CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLATAFORMA IMS.. 8. 1 Capítulo 1: Descripción general de la plataforma IMS.. 1.1. Introducción al Capítulo 1.. La plataforma IMS es una tecnología desarrollada, como resultado de la evolución en los sistemas de comunicaciones, con el objetivo de revolucionar la forma en que los usuarios se comunican en la red. En este sentido se puede decir que la plataforma cuenta con varios bloques funcionales que se encargan de garantizar el acceso de los usuarios desde una gran variedad de dispositivos y redes de acceso. La estructura del sistema permite a los desarrolladores de aplicaciones abstraerse de las especificidades de los sistemas para poder enfocarse en la lógica de los servicios a desarrollar. Su núcleo puede ser utilizado para ofrecer diferentes servicios, como es el de telefonía sobre redes de nueva generación basadas en IP (LTE por ejemplo). La capacidad de interacción de la red IMS con otras basadas o no en IP y pertenecientes a operadores diferentes, es otra de las características que presenta este sistema. La plataforma IMS puede ser vista como una tecnología basada en IP que se encarga de garantizar el acceso a servicios multimedia independientemente del tipo de terminal que utilice el usuario; sea un teléfono celular o de mesa, una computadora de escritorio, un modem DSL… Su arquitectura permite ofrecer una amplia gama de servicios a los usuarios, donde quiera que se encuentren y con independencia del método de acceso que utilicen, liberando al usuario e incluso a los desarrolladores de aplicaciones, de la necesidad de realizar ningún tipo de función especial; la plataforma se encarga de manejarlo permitiendo al desarrollador concentrarse solamente en las interioridades de los servicios a implementar.[7-10] El mercado necesita de la introducción de nuevos y más innovadores servicios para competir en un mundo lleno de interesantes ofertas. La posibilidad de contar con una tecnología que permita a los desarrolladores abstraerse de las funciones específicas de los métodos de acceso que se utilizan, para poder centrarse en el desarrollo de las aplicaciones y los servicios, le confiere a IMS importancia significativa dentro de las opciones disponibles con este fin..

(18) CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLATAFORMA IMS.. 9. Cuando se dice que la red IMS posibilita ofrecer diferentes tipos de servicios en variedad de dispositivos, podría pensarse que estamos hablando de algo trivial, después de todo, es algo inherente a los sistemas basados en IP la capacidad de ofrecer cualquier servicio, en cualquier dispositivo a través de variedad de tipos de accesos. Sin embargo una conexión IP solo identifica un punto de acceso en la red. IMS, por otra parte, se centra en la entrega del servicio al usuario final independientemente de la dirección IP que posea. La red IMS se encarga de encontrar a la “persona” correcta para establecer la conexión y de elegir el dispositivo capaz de soportar el servicio que se desea utilizar entre una variedad de equipos con que puede contar el usuario. Existen tres áreas en las que IMS modifica significativamente el panorama de las telecomunicaciones, estas áreas son: la convergencia fijo-móvil, la comunicación multimedia y la arquitectura orientada al usuario. El caso de la convergencia fijo-móvil es el que más se menciona y se basa en la habilidad de comunicación entre dispositivos móviles y fijos. Aquí se destacan tres niveles: el primer nivel es tecnológico, donde se maneja la convergencia sobre la base de la interoperación y despliegue de núcleos de red fijos y móviles separados lo que da lugar a cierta homogeneidad entre las redes fijas y móviles proporcionando además la posibilidad para ambos de soportar servicios muy similares y de hallar mejores desempeños y unión entre operadores fijos y móviles. Otro nivel considera a IMS como un estándar común para las redes fijas y móviles de las nuevas generaciones lo que posibilita la convergencia mediante el despliegue de IMS como un núcleo de red único para el acceso fijo y móvil, lo que implica una ventaja en cuanto a costos y un beneficio en cuanto a la experiencia de los usuarios, aunque los usuarios fijos y móviles aún son diferentes. Un último nivel lleva la convergencia al nivel de usuario, la cual se logra sobre la base de los protocolos utilizados por IMS (en particular el protocolo SIP), mediante el cual IMS permite asociar a los usuarios identidades públicas de acceso independientes las que pueden ser registradas concurrentemente desde múltiples dispositivos, que utilizan diferentes tecnologías de acceso. Esto permite a la red implementar un mecanismo que alerta al usuario en los diferentes dispositivos o le permite elegir el mejor dispositivo para llegar al.

(19) CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLATAFORMA IMS.. 10. usuario y en general, proporciona una posibilidad más inteligente de selección de dispositivos, basado en la habilidad intrínseca de registrar los servicios y características distintivas soportadas por un dispositivo. Es importante destacar que esta convergencia centrada en el usuario está totalmente basada en la red y no requiere que los dispositivos sean capaces de conectarse a esta mediante varias tecnologías de acceso; lo que significa que la convergencia basada en IMS no pone ningún otro requerimiento en los dispositivos diferentes de su habilidad de ser registrados con un acceso a IMS sobre IP. Una vez que núcleo de red IMS es desplegado todos los dispositivos habilitados en IMS que hacen uso de un acceso compatible con IMS pueden converger. En cuanto a la comunicación multimedia se debe destacar que los servicios en IMS no están limitados a la voz. El mecanismo básico de sesión en IMS es muy genérico en cuanto a que puede incluir cualquier tipo de medio y/o aplicación. Una sesión en IMS permite compartir el contexto de un servicio entre un usuario y una aplicación o entre dos o más usuarios. La comunicación multimedia mediante IMS. constituye una revolución en la forma de. comunicación y dependen de la extensión en que se utilicen los protocolos de sesión. En cuanto al papel de IMS en lo que se refiere a la arquitectura orientada al usuario, esta se basa en los protocolos de control de sesión en IMS, los cuales son muy genéricos y pueden soportar sesiones a nivel de aplicaciones. Además tienen la característica de incluir un grupo importante de extensiones no relacionadas con sesiones que los convierte en protocolos de control de servicios muy genéricos. En estas extensiones se destaca el concepto de “paquete de evento” que permite al usuario o a una aplicación, acceder, monitorear o modificar información presente. Existen varios tipos de paquetes de eventos que permiten monitorear la actividad del usuario o los cambios realizados en su perfil, además de crear, actualizar y distribuir cualquier tipo de evento, datos y comandos dentro de la red La arquitectura de servicio de IMS permite el enrutamiento a dispositivos y servidores de aplicación[11-17].

(20) CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLATAFORMA IMS.. 1.2. 11. Estructura de la Plataforma IMS. La Plataforma IMS está constituida por diferentes entidades funcionales, las cuales, en su conjunto, logran la funcionalidad para la que fue desarrollo este sistema. Dado que IMS es una plataforma basada en IP, varios de los protocolos que se usan, para la comunicación entre las entidades que constituyen el sistema, y entre estas y los dispositivos externos a la plataforma, son conocidos, puesto que ya se utilizaban en otros sistemas de Internet. Sin embargo no sucede así con los principales bloques funcionales que forman parte de la arquitectura, los cuales forman parte exclusivamente de esta. Con el objetivo de un mejor entendimiento de la arquitectura del sistema IMS, se podrían dividir los bloques funcionales que la componen en varios grupos, en dependencia del tipo de funcionalidad de cada uno. En este sentido podría decirse que la red IMS está formada principalmente por 3 grupos funcionales:[18] . Plano de Control. . Plano de Transporte. . Plano de Servicios. La Figura 1.1 constituye una representación muy simplificada de una red IMS, en ella se muestran algunos de los elementos que forman parte de cada uno de los planos (una representación más detallada de la arquitectura de la Plataforma puede encontrarse en el Release 11 de 3GPP). Dentro del Plano de Control se ubican las entidades que participan en las funciones de señalización, encargadas fundamentalmente de controlar el trabajo con las sesiones: establecimiento, mantenimiento y terminación; así como del control de usuarios y de los recursos asignados a cada uno de ellos. Dentro del Plano de Transporte se encuentran las entidades encargadas de proveer los recursos y las funciones de adaptación para los flujos físicos de media. Por último, dentro del Plano de Servicios caen los elementos funcionales que alojan los servicios que se brindan a los usuarios IMS, estos servicios incluyen servidores de aplicaciones, funciones de acceso a servicios y servidores para funciones de cobro de servicios, etc. Cada una de las entidades que se muestran en la figura constituyen bloques lógicos dentro de la arquitectura, esto significa que cada una de ellas no representa un soporte físico y tampoco que exista solo una entidad de cada tipo, de hecho, existen varias.

(21) CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLATAFORMA IMS.. 12. implementaciones de cada una de las entidades que conforman cada plano, las cuales pueden estar ubicadas en el mismo soporte físico o en uno diferente. Independientemente de donde se encuentren los diferentes bloques funcionales de la arquitectura, estos mantienen los protocolos de comunicación que se utilizan entre ellos aunque estén ubicados en el mismos dispositivo físico.[14]. Figura 1.1 Estructura de la Plataforma IMS.. Hay varias razones para esta forma de distribución de los recursos. En dependencia de la cantidad de usuarios que estén presentes en el sistema se deben necesitar más o menos entidades encargadas del almacenamiento de la información correspondiente a cada uno de ellos, así como las encargadas de manejar la señalización correspondiente para el trabajo con las sesiones de cada usuario. La distribución regional de los usuarios es otra causa, siguiendo el principio de mantener el tráfico de los usuarios lo más cerca geográficamente posible de ellos, y por último la máxima de las telecomunicaciones de introducir.

(22) CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLATAFORMA IMS.. 13. redundancia en los sistemas con el objetivo de garantizar la disponibilidad de los servicios, los cuales seguirán brindándose incluso cuando, eventualmente, uno de los bloques que conforman el sistema falle. La arquitectura aquí expuesta constituye una solución genérica, basada en los principios generales del sistema. Un punto de partida que caracteriza la estructura IMS es que su integración de servicios es horizontal diferente a la tradicional arquitectura de red vertical vigente. La arquitectura de red vertical se caracteriza por brindar servicios únicos, donde para cada servicio se define una capa de aplicación, una para las funciones comunes específicas y una para las funciones de enrutamiento en la red; por lo que durante la transmisión se debe hacer una implementación de cada una de sus capas que luego serán replicadas a través de toda la red sin posibilidad de reutilización. Esto hace que la complejidad y los costos de implementación y mantenimiento de este tipo de red se incrementen en la medida en que crece el número de servicios. Como para cada aplicación existen partes de la lógica que son únicas para el servicio y otras partes que son comunes a diferentes aplicaciones, la Plataforma IMS utiliza estas partes comunes para crear una capa de funciones comunes. En esta capa IMS provee un grupo de funciones, genéricas en su estructura e implementación, que pueden ser reutilizadas por virtualmente todos los servicios, las que serán replicadas y reutilizadas a través de la red. Por tanto, IMS constituye una estructura capaz de lograr la reutilización de partes de la pila de protocolos que son comunes a todos los servicios. IMS representa una estructuración de red horizontal donde. solo se necesita implementar aquellas funcionalidades que son específicas del. servicio y el resto de las funciones necesarias son proporcionadas por la estructura IMS y reutilizadas a través de la red de forma menos compleja y costosa que en el caso de la arquitectura tradicional. [19]. 1.2.1 Plano de Transporte. En la arquitectura IMS esta capa se encuentra en la porción inferior. La estructura de esta capa es tratada de manera diferente por distintos autores donde algunos la denominan Capa de Convergencia debido a que en ella convergen todos los distintos tipos de accesos y los servicios, la misma está integrada por los dispositivos de acceso (fijo, cable, inalámbrico,.

(23) CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLATAFORMA IMS.. 14. móvil, etc.), y los elementos de conexión necesarios para una conectividad inicial con la red IP. Esta capa será la responsable de la abstracción de las redes de acceso actuales a partir de la arquitectura IMS y en esencia, actuará como plano de intersección entre la red IP y los distintos tipos de accesos, llevando a cabo el proceso de aprovisionamiento inicial IP, como es la asignación de direcciones y puertos de acceso. A través de esta capa es que los usuarios se conectan a IMS y todo lo que encontremos encima de ella está basado en IP. El control del tráfico de media y la tarea de proveer recursos para el correcto tratamiento de los flujos de datos recae sobre los nodos MRFC (Multimedia Resource Function Controller) y MRFP (Multimedia Resource Function Processor). En el contexto de la red IMS el tráfico de media está constituido por un flujo RTP. El MRFP se encarga del control de este flujo y de facilitar los recursos necesarios para el procesamiento del mismo, el cual comprende el análisis y transcodificación de audio y video. La ubicación y asignación de estos recursos es tarea del MRFC, el cual, además, tiene la capacidad de mezclar múltiples flujos de media con el objetivo de ofrecer servicios de conferencias y se encarga de administrar el acceso a recursos compartidos. El MRFC y MRFP tienen una relación de master-esclavo, ya que el MRFC se encarga de administrar la gran cantidad de recursos con los que cuenta el MRFP. Las instrucciones para el manejo de estos recursos llegan al MRFC provenientes del S-CSCF o de algún servidor de aplicación. Para la comunicación con el S-CSCF y con los servidores de aplicación, el MRFC utiliza protocolo SIP mientras que para el intercambio con el MRFP se utiliza H.248.[18]. 1.2.1.1 Nodos de interconexión de red. Las conexiones entre la red IMS y otras redes generalmente se logran a través de pasarelas (gateways). Estos dispositivos se utilizan para adaptar el tipo de señalización y protocolo de transporte de la red de origen a los que se utilizan en la red de destino, para la protección de redes a través de firewalls SIP, la manipulación y verificación de los parámetros de los encabezados SIP y el ocultamiento de topologías de red. [14] Con este propósito se utiliza el IBCF (Interconnect Border Control Function), el cual se encarga de conectar la red IMS con otras redes que pueden o no ser IMS. El IBCF funciona.

(24) CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLATAFORMA IMS.. 15. como un proxy entre las dos redes que se encarga del trasporte de la señalización y de adaptar encabezados SIP en base a los acuerdos tomados entre los operadores de las redes en cuestión. Además el IBCF se encarga de enrutar el plano de usuario, en una sesión SIP, a través del TrGW (Transition Gateway). El ocultamiento de topologías de red es otra de las tareas del IBCF. Los encabezados SIP pueden contener información referente a la red interna, la cual no debe ser conocida en ámbitos fuera de los límites de la plataforma. Algunos de estos datos pueden ser las direcciones IP y los puertos de los servidores proxy SIP, nombres de dominios internos e información sobre implementaciones específicas e identificadores de procesos. El IBCF se encarga de evitar que este tipo de información sea transmitida de una red a otra. Dentro del flujo de media, que pasa a través del TrGW, también puede ir implícito algún tipo de información como las direcciones de transporte de algunas entidades dentro del plano de media de la propia red; en este caso, el TrGW se encarga de realizar el ocultamiento. Durante el establecimiento de las sesiones SIP se negocian los códigos a utilizar durante la transmisión para así evitar la transcodificación en el TrGW u otra entidad. En los casos en que el usuario se encuentra en una red IMS de otro operador, el IBCF puede establecer el plano de usuario sin atravesar el TrGW.[14] Existe el caso en que se quiere establecer la comunicación entre un usuario perteneciente a la red IMS y otro que se encuentra recibiendo servicios de PSTN, u otra red para la cual debe utilizarse la PSTN como método de acceso. En este caso las entidades funcionales encargadas de lograr la comunicación dentro de la plataforma IMS son el MGCF (Media Gateway Control Function) y el IM-MGW (IP Multimedi-Media Gateway). El MGCF es el encargado de adaptar la señalización SIP, que se utiliza dentro de la plataforma IMS al tipo de señalización de la PSTN y de controlar el tráfico de media a través del IM-MGW. Por su parte el IM-MGW se encarga de la conversión entre RTP, utilizado en la red IMS y el tipo de trasporte correspondiente a la PSTN (TDM, E1…). Puede haber varios MGCF y varios IM-MGW en una red IMS, en todo caso cada IM-MGW debe ser controlado por un MGCF y cada MGCF puede controlar uno o varios IM-MGW..

(25) CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLATAFORMA IMS.. 16. 1.2.2 Plano de servicios. En el contexto de la red IMS, el plano de servicios es el encargado de dar soporte a la nueva generación de servidores de aplicación que utilizan SIP, así como de interactuar con las tecnologías que se venían utilizando con anterioridad. Los elementos en el plano de servicios tienen la capacidad de soportar toda la lógica de servicio para las aplicaciones, proveen funciones de interconexión para servicios provenientes de otras tecnologías y de servidores no basados en SIP y son capaces de manejar la lógica de servicios entre múltiples servidores. Independientemente de su función principal, las entidades dentro del plano de servicios, se comunican con el S-CSCF mediante SIP y, a su vez, tienen acceso al HSS.[3] A continuación se exponen, a groso modo, las características de algunas de las entidades que conforman este plano. El SIP/AS (SIP Application Server) es una plataforma SIP que provee lógica de servicios de valor agregado (como control de llamada y de intercambio de mensajes) al sistema de control de sesión de la plataforma IMS. Este elemento también puede ser utilizado para la interacción con servicios no basados en SIP, como los alojados en servidores web. El IM-SSF (IP Multimedia-Services Switching Function) es una entidad encargada de garantizar la interconexión de los mensajes SIP con los correspondientes servicios para los cuales se utilizan mensajes CAMEL (Customized Applications for Mobile Networks Enhanced Logic), ANSI-41, INAP (Intelligent Network Application Protocol) o TCAP (Transaction Capabilities Application Part). Permitiendo el uso de los servicios correspondientes por parte de los usuarios IMS.[14] Los sistemas de cobro offline proveen métodos para grabar la información relacionada con las ejecuciones de servicios y el uso de recursos y almacenarla para luego entregarla a las funciones de facturación. Esto constituye un mecanismo de integración con sistemas anteriores y otros sistemas de facturación de terceros. El CDF (Charging Data Function) es la entidad encargada de proveer la funcionalidad necesaria para obtener los eventos de cobro y crear los CDR (Call Data Record) para su uso por parte de los sistemas de facturación.[18] El sistema de cobro online cuenta con la capacidad de afectar la ejecución de los servicios en tiempo real. Esto se basa en la obtención del crédito necesario para la autorización del.

(26) CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLATAFORMA IMS.. 17. acceso, el volumen de datos, el tiempo de sesión y otros recursos que son solicitados por parte de los servicios. El OCS (Online Charging System) provee la lógica de decisión y las funcionalidades para la evaluación y la gestión de saldos para la obtención de la autorización para la ejecución de los servicios.[18]. 1.2.3 Plano de Control Las entidades dentro del plano de control, en el núcleo IMS, son las principales responsables en el funcionamiento de la red. La Figura 1.2 muestra una representación de las principales entidades que constituyen el núcleo de la plataforma IMS. Dentro de esta, el bloque fundamental es el conocido como Call Session Control Function (CSCF), el cual se encarga de todo el manejo de las sesiones de usuario, su establecimiento, mantenimiento y terminación. Este bloque está dividido en tres componentes conocidos como Proxy-CSCF (P-CSCF), Interrogating-CSCF (I-CSCF) y Serving-CSCF (S-CSCF).. Figura 1.2 Núcleo de la Plataforma IMS..

(27) CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLATAFORMA IMS.. 18. 1.2.3.1 El S-CSCF El S-CSCF es la principal entidad dentro del núcleo de la arquitectura IMS. Este bloque se encarga de manejar el proceso de registro de cada usuario que se conecta a la red. Para cada usuario que accede a la red se destina un S-CSCF, la entidad encargada de llevar a cabo esta selección es el I-CSCF. Cuando un S-CSCF es asignado a un usuario estos quedan asociados, y la dirección del S-CSCF es almacenada en el HSS. En subsecuentes accesos SIP a un usuario que ha sido asociado con un S-CSCF, se debe hacer una solicitud al HSS para obtener la dirección del S-CSCF correspondiente, al cual será enviado el mensaje SIP. En la arquitectura IMS, el S-CSCF funciona como un proxy entre el usuario y el resto de las entidades que participan en una sesión; toda la señalización que se intercambia entre el usuario y el resto de la arquitectura debe pasar por el S-CSCF; el cual determina si permitir o denegar los servicios al usuario. Un usuario al que le ha sido asignado un S-CSCF permanecerá asociado con este entre tanto se mantenga usando alguno de los servicios que le son ofrecidos, una vez que el usuario termina todas las sesiones que ha estado usando, el S-CSCF se le es retirado, y en subsecuentes registros de este usuario se le asignara un SCSCF diferente. El S-CSCF siempre está ubicado en la red a la cual pertenece el usuario, en el caso de que un usuario se encuentre haciendo roaming, la señalización correspondiente a las sesiones será encaminada hacia el S-CSCF del operador al cual el usuario se encuentra subscrito.[20, 21]. 1.2.3.2 El P-CSCF El P-CSCF es la función de acceso a la arquitectura IMS y representa el punto de entrada para un terminal de usuario hacia los servicios de la red IMS. El P-CSCF funciona como un proxy que acepta las solicitudes de los usuarios y las conduce a las entidades de la red que brindarán los servicios requeridos. Toda la señalización SIP que proviene de los usuarios finales o va hacia ellos pasa a través del P-CSCF ya sea de la red propia o de la de otro operador. Dado que el P-CSCF es la primera entidad dentro de la red IMS con la que el usuario interactúa, esta realiza varias funciones de borde como mantener una asociación segura con el usuario en cuestión, proveer compresión SIP con el objetivo de minimizar la latencia a.

(28) CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLATAFORMA IMS.. 19. través de la interfaz de aire y manejar sesiones relacionadas con llamadas de emergencia. Cuando un usuario se registra en la red IMS desde un terminal en particular, la señalización de registro pasa a través del P-CSCF; cuando el usuario se registra desde varios terminales, la señalización pasará a través de varios P-CSCF pero el registro se llevará a cabo en el mismo S-CSCF. Como se había mencionado anteriormente, una de las funciones del P-CSCF es la de establecer una asociación segura con el terminal de usuario final, esto se logra mediante la aceptación de encabezados SIP. Cuando un usuario se registra dentro de la red IMS, este provee, entre otras cosas, una identificación a través de SIP. Esta identificación es una de las identidades públicas de usuario IMS (IMPU) (IMS Public User Identity) para ese usuario y además una identidad privada de usuario IMS (IMPI) (IMS Private User Identity), que es un identificador del tipo de terminal IMS. El proceso de autenticación y de registro será llevado a cabo por el S-CSCF; una vez concluido, el S-CSCF obtiene del HSS una serie de IMPU y se los pasa al P-CSCF. Cuando el usuario nuevamente trate de establecer sesiones SIP, el P-CSCF usa el IMPU por defecto del conjunto de IMPU obtenidas del HSS vía S-CSCF. Este IMPU constituye un identificador acertado para el usuario y se conoce como PAI (P-Asserted-Identity). El PAI se incluye en la solicitud SIP que se envía a la plataforma IMS, de esta manera sirve como un identificador confiable de la parte que envía la solicitud SIP. El P-CSCF es la entidad encargada de establecer una asociación segura entre el terminal de usuario y la red IMS, la información para el establecimiento de esta asociación se obtiene del HSS por medio del S-CSCF. Toda la señalización SIP será transferida a través de esta asociación segura. El P-CSCF, a diferencia del S-CSCF, puede estar en la propia red o en una perteneciente a otro operador. Cuando el usuario se encuentra en una red IMS de otro operador, una aplicación en el terminal de usuario seleccionará un P-CSCF perteneciente a la red extranjera; las entidades del plano de transporte IBCF y TrGW serán utilizadas para el intercambio de los mensajes SIP y de los datos respectivamente entre las redes IMS. Esto trae como resultado que el flujo de datos sea enrutado por la red a la cual pertenece el usuario.[14, 20].

(29) CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLATAFORMA IMS.. 20. 1.2.3.3 El I-CSCF El I-CSCF es el encargado de determinar cuál S-CSCF será asignado a cada usuario. Constituye el primer punto de contacto con este. La solicitud al I-CSCF puede venir desde un P-CSCF perteneciente a la propia red o a una red de otro operador. Durante el registro de usuario, el I-CSCF obtiene del HSS la dirección del S-CSCF y se la pasa al P-CSCF para que maneje los subsecuentes accesos del usuario. Durante el proceso de registro, el PCSCF pasa la solicitud de registro al I-CSCF, el cual se encarga de encuestar al HSS para determinar cuál S-CSCF debe servir la solicitud. En el proceso de establecimiento de sesiones u otras transmisiones SIP la solicitud es enviada directamente al I-CSCF para que determine el S-CSCF correspondiente.[14, 18]. 1.2.3.4 El HSS El Home Subscriber Server (HSS) consiste en la base de datos principal que contiene toda la información relacionada con un usuario dentro de la red IMS. En el HSS se encuentra la información relacionada con los perfiles de usuario, los servicios subscritos a cada usuario y los datos de autenticación. Para ser precisos, se puede decir que el HSS no necesariamente debe contener la información en sí, sino que puede actuar como un intermediario entre las entidades del núcleo IMS que solicitan acceso a los datos y una gran base de datos centralizada que los contiene. Esta información es accesible por las entidades dentro del núcleo de la arquitectura IMS y a la vez, puede ser consultada por servidores de aplicación que pueden estar basados o no en SIP y por funciones pertenecientes a otros sistemas como GSM. El HSS da soporte al CSCF, con el cual se comunica a través de Diameter, de las siguientes maneras: . Identificando la dirección del S-CSCF que debe manejar una sesión específica.. . Almacenando la información de registro y localización del usuario.. . Como soporte para la autenticación de usuario y autorización garantizando la integridad de los datos por medio de cifrado..

(30) CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLATAFORMA IMS.. . 21. Garantizando el acceso a perfiles de servicios a los cuales los usuarios han sido subscritos.. Para redes grandes es necesario almacenar la información de usuarios dentro de varios HSS diferentes, esto trae consigo que sea necesaria una entidad encargada de localizar el HSS correcto para servir una solicitud proveniente del CSCF o de algún servidor de aplicación. La entidad encargada de llevar a cabo este trabajo se conoce como Subscriber Locator Function SLF.[2, 18, 21]. 1.2.3.5 El SLF El SLF es el encargado de localizar el HSS en el que se encuentra la información de usuario y facilitarla al I-CSCF durante el proceso de registro inicial y el establecimiento de sesiones, así como al S-CSCF para el control de sesión y también a los servidores de aplicación. El SLF es una base de datos que contiene a todos los usuarios dentro de la red IMS para cada usuario se almacena una referencia al HSS que contiende la información correspondiente a dicho usuario. En una red IMS puede haber muchos SLF, con el objetivo de introducir redundancia y de distribuir la carga; en todos los casos, cada SLF contendrá una copia de todos los usuarios pertenecientes a la red. La información del SLF no necesariamente debe estar almacenada dentro del propio SLF sino que puede encontrarse en una base de datos externa; en este caso, el SLF será el encargado de obtener la información de la base de datos y servir la solicitud. La búsqueda y las consultas dentro del SLF siempre estarán basadas en IMPU. Para la comunicación con el SLF se utiliza Diameter.[14, 21]. 1.3 Interfaces Existen tres tipos de interfaces dentro del sistema IMS, estas pueden definirse como: interfaz usuario-red, la interfaz red-red y la interfaz red-aplicación [18](Figura 1.2)..

(31) CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLATAFORMA IMS.. 22. Figura 1.2 Interfaces. 1.3.1 Interfaz Usuario-Red. La interfaz usuario-red está definida por la comunicación entre la plataforma IMS y el equipo de usuario final. Dado que la plataforma ISM cuenta con una capa de acceso que permite la comunicación con variedad de dispositivos y mediante diferentes tipos de acceso, el usuario final podría ser, en este caso, lo mismo un teléfono móvil, un teléfono fijo, una computadora portátil que se conecta al sistema mediante una red WIFI o mediante un cable (DSL) entre otros. En todos los casos esta interface utiliza señalización SIP para la comunicación con el terminal de usuario final, protocolo Diameter para el control del flujo IP hacia las entidades de acceso inalámbrico y RTP para los flujos de media.. 1.3.2 Interfaz Red-Red La interfaz red-red tiene mayor grado de complejidad, dado que un usuario IMS debe poder comunicarse con otros dentro de redes distintas, las cuales no necesariamente deben estar basadas en IP. En este sentido se pueden enumerar varios casos:.

(32) CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLATAFORMA IMS.. 23. Un usuario que se comunica con otro que se encuentra en una red IMS diferente. Este tipo de comunicación es muy sencilla, pues se siguen utilizando la misma señalización y el mismo sistema de transporte que se utiliza dentro de la propia plataforma. También se presenta este caso en usuarios que hacen roaming en redes IMS de otro operador. El caso en que la comunicación se realice entre IMS y otra red que utiliza IPv4. Dado que IMS fue pensado para utilización del protocolo IPv6, una conversión será necesaria para lograr la comunicación entre estos tipos de redes. Por último, se debe garantizar la comunicación entre IMS y la PSTN. Dada la gran diferencia entre estas plataformas, este tipo de interfaz se vuelve compleja. Es necesario introducir dispositivos como pasarelas (gateways) anteriormente tratados (IM-MGW y MGCF), para la conversión del protocolo SIP al protocolo de señalización correspondiente al sistema de conmutación de circuitos, así como para la adaptación de RTP al tipo de transporte que se utilice.. 1.3.3 Interfaz Red-Aplicación Para a interfaz red-aplicación el estándar IMS establece la comunicación con servidores de aplicación basados en protocolo SIP que forman parte de la propia plataforma, así como para otros, también basados en SIP que se encargan de interactuar con servidores de Internet; también se utiliza en la conexión con sistemas que se venían utilizando anteriormente para los cuales se utilizan pasarelas o funciones de intercambio.. 1.4 Protocolos en IMS Dentro de la plataforma IMS se utilizan una amplia variedad de protocolos para la comunicación entre las diferentes entidades funcionales. La Figura 1.4 muestra una representación de algunos de ellos divididos por campo según su función. [22].

(33) CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLATAFORMA IMS.. 24. Figura 1.4 Protocolos dentro de IMS[22]. 1.4.1 Protocolos de la Capa de Acceso Como se ha mencionado anteriormente y se verá más adelante, una de las principales características del sistema IMS es su capacidad para ser utilizado mediante una variedad de formas de acceso. La capa de convergencia de la plataforma IMS garantiza el acceso mediante una gran variedad de dispositivos que se conectan utilizando diferentes tipos de redes. Los protocolos que se utilizan en la capa de acceso pertenecen a las tecnologías de red que se utilizan en cada una de las formas de acceso..

(34) CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLATAFORMA IMS.. 25. 1.4.2 Protocolos de transporte Los protocolos de transporte proveen una interfaz bien definida hacia las capas superiores de la arquitectura mediante la utilización de direcciones IP y números de puertos. El conjunto dirección IP-número de puerto se utiliza para identificar inequívocamente los recursos dentro de la red.. 1.4.2.1 TCP El protocolo TCP (Transport Control Protocol) provee una entrega de paquetes basada en la conexión con lo cual se garantiza la entrega segura y ordenada de los datos. Este protocolo es muy útil para su utilización en el transporte de mensajes relacionados con el manejo de sesiones.. 1.4.2.2 UDP UDP (User Datagram Protocol), por su parte, es muy útil en el transporte de datos relacionados con aplicaciones de tiempo real. Para el transporte de audio y video en tiempo real, las características de TCP representan un impedimento, dado que es más necesario reducir el retardo en la red que preocuparse por la entrega segura y ordenada de los paquetes.. 1.4.3 Direcciones Para la asignación de direcciones IP y la traducción de nombres de dominio a direcciones IP y viceversa se utilizan los servicios DHCP y DNS.. 1.4.3.1 DNS Para la traducción de nombres de dominio a direcciones IP y viceversa en IMS se utilizan servidores DNS (Domain Name System). Para el acceso inicial de los dispositivos a la plataforma se requiere el acceso a entidades conocidas por sus nombres. Subsecuentemente,.

(35) CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLATAFORMA IMS.. 26. la mayoría de las interacciones utilizando SIP o Diameter requieren de la resolución de nombres de dominio. El sistema DNS se organiza de manera jerárquica. Dentro de la plataforma IMS se encuentran servidores DNS internos, los cuales se encargan de resolver direcciones de entidades pertenecientes a la propia red y de garantizar acceso a DNS externos para el uso de recursos externos al sistema y pertenecientes a Internet.[14]. 1.4.3.2 DHCP Con el objetivo de formar parte de una red IP, los dispositivos necesitan la obtención de una dirección IP. La asignación de direcciones IP se puede realizar de dos formas: de manera estática o dinámica. Para la asignación dinámica de direcciones IP en IMS, como en muchos otros servicios en Internet, se utiliza DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). Para el transporte de DHCP a través de la red IMS se utilizan paquetes BOOTP (IP Boostrap Protocol).[14]. 1.4.4 Protocolos para transporte de multimedia A diferencia de los protocolos de señalización, para el transporte de multimedia existe un punto muy importante a tener en cuenta: la transmisión de los paquetes debe realizarse de manera fluida y ordenada; no se precisa que toda la información trasmitida llegue íntegramente a su destino final sino más bien que se elimine el retardo de la transmisión; y que los paquetes que, finalmente lleguen a su destino, lo hagan con un mínimo de demora. Para las comunicaciones de voz o video en tiempo real, los sistemas utilizan técnicas de muestreo que dividen la voz o las imágenes en pequeños fragmentos que luego son enviados a intervalos por la red. Las características de las redes IP hacen que, eventualmente, estos paquetes lleguen a su destino de manera desordenada y que algunos se pierdan en el camino. La pérdida de uno o varios de estos pequeños pedazos de voz o video, en la práctica, no tiene muchas consecuencias, de hecho, es preferible ignorar los paquetes que lleguen desordenados en lugar de utilizar mecanismos para almacenar y ordenar los paquetes para luego entregarlos en el destino final. Esto, lejos de garantizar una determinada calidad en la comunicación, lo que haría sería degradarla, llegando a resultar.

(36) CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLATAFORMA IMS.. 27. imposible la comunicación en algunos casos. Dentro de la plataforma IMS, los protocolos de media se encargan de manejar el flujo multimedia permitiendo la utilización de estos servicios.. 1.4.4.1 RTP/RTCP El protocolo RTP (Real Time Protocol) provee los mecanismos para el transporte de los flujos multimedia de principio a fin a través de redes IP. Este provee el soporte fundamental para el control de los tiempos en la transmisión y secuencia en las aplicaciones multimedia. RTP por sí mismo no garantiza la entrega secuencial y a tiempo de los paquetes, este protocolo provee a las aplicaciones de la capacidad de adaptarse a la información suministrada por él. RTP utiliza UDP para el transporte y se utiliza en conjunto con RTCP (Real Time Control Protocol) el cual se encarga del control de paquetes y de ofrecer realimentación al sistema relacionado con la entrega de los paquetes. RTCP realiza el monitoreo de la calidad de servicios y el control de congestión. Esta información se evalúa por el transmisor para ajustar la transmisión y evitar la congestión. [22]. 1.4.5 Protocolos de control de sesión En el control de sesión recae el peso del núcleo de la plataforma IMS. Los protocolos encargados del trabajo con las sesiones se encargan de la creación, modificación, manejo y terminación de las mismas. El trabajo con sesiones requiere de dos procesos fundamentales: la determinación de las entidades relacionadas con la sesión, a las cuales les será entregada una descripción, relacionada con la sesión, y en la cual se describen las capacidades multimedia de cada terminal y el intercambio de información de control durante el tiempo que se mantiene la sesión. Los protocolos SDP (Session Description Protocol) y SIP (Session Initialization Protocol) se encargan de proveer la descripción de las capacidades multimedia de los terminales en cuestión y de manejar el intercambio de señalización y control de sesión respectivamente. Los mensajes SIP utilizan TCP o UDP para el transporte, SDP se encapsula dentro del área de datos del mensaje SIP.[21].

(37) CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLATAFORMA IMS.. 28. 1.4.5.1 SDP SIP utiliza SDP en el proceso de establecimiento de sesiones. Cuando se va a establecer una sesión, el terminal que origina la llamada utiliza SDP para ofrecer una descripción para la sesión, basada en sus características, al dispositivo llamado; el cual responde con una nueva descripción basada en sus propias capacidades. SDP ofrece dos tipos de descripciones: una dando información a nivel de sesión, la cual es relevante para SIP, y otra sobre las capacidades de media, describiendo el tipo de multimedia que se transportará y el códec a usar. SDP realiza una descripción en forma de líneas de texto de tipo ASCII, donde cada línea provee una descripción de la sesión en cuanto a opciones que son permitidas, tiempo de duración e información relacionada con el tipo de multimedia a utilizar. La Figura 1.5 ilustra la distribución de los protocolos de diferentes niveles y algunas de las informaciones que brinda SDP. [18]. Figura 1.5 Encapsulado de SDP dentro de los paquetes de los protocolos de nivel inferior[18].

(38) CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLATAFORMA IMS.. 29. 1.4.5.2 SIP El protocolo SIP se encuentra ubicado en el nivel de sesión y se utiliza para el establecimiento, modificación y terminación de sesiones multimedia. SIP puede ser utilizado con cualquiera de los protocolos de transporte (TCP o UDP). La adopción de SIP para ser usado en servicios de VoIP lo ha convertido en una plataforma estable para su uso en IMS. Las sesiones SIP no están limitadas a intercambios de voz o comunicaciones entre dos usuarios sino que pueden incluir uno o más componentes multimedia como vos, video, mensajería, juegos, streaming y servicios web. Las sesiones SIP pueden ser renegociadas en cualquier momento de la comunicación, adicionando o eliminando cualquier componente multimedia utilizando SDP. Los servicios IMS se prestan utilizando SIP, además, los servicios externos a IMS pueden servirse a través de la plataforma utilizando sesiones SIP. Las sesiones SIP pueden ser establecidas entre el usuario que accede al servicio y el servicio en sí, o entre el usuario y la lógica de control de servicios del servidor de aplicación SIP. SIP fue escogido para su uso en IMS debido a la capacidad de manejo de sesiones con que cuenta este protocolo, permitiendo que múltiples componentes multimedia puedan combinarse dentro de una misma sesión. El contenido de cada sesión puede ser personalizado para cada usuario y negociado entre el usuario y el controlador de servicios. A través de SIP el usuario tiene control en tiempo real sobre cada sesión, permitiendo la terminación de esta en cualquier momento ya sea por parte del usuario o del controlador de servicios. Además, en los procedimientos de movilidad de las sesiones SIP, el usuario puede transferir sesiones en uso de un terminal a otro sin la necesidad de detener el uso del servicio. [20] En las redes SIP existen dos tipos de terminales: el Agente de Usuario SIP (UA por sus siglas en inglés) y el Servidor SIP. El UA debe contar con funcionalidades avanzadas con respecto al manejo de las conferencias, servicios de presencia, mensajería instantánea y tener la capacidad de funcionar como puerta de enlace a redes de telefonía públicas de conmutación de circuitos. Los Servidores SIP deben contar con funciones para el.

(39) CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLATAFORMA IMS.. 30. establecimiento, manejo y terminación de sesiones SIP, para su uso por parte de los UA. [14] Los intercambios de mensajes SIP siguen la forma de un trapezoide como se muestra en la Figura 1.6. El proceso de establecimiento de la sesión será encaminado a través de servidores proxy. Una vez que la sesión ha sido establecida, los intercambios de señalización subsecuentes se llevarán a cabo directamente entre los terminales de usuarios involucrados, sin la participación de los proxy.. Figura 1.6 Forma de trapezoide de los mensajes SIP[18]. 1.4.5.2.1 Direccionado SIP SIP utiliza el sistema de direcciones de Internet, el cual está determinado de la forma: usuario@dominio. En dependencia de la aplicación, URI SIP puede formarse de varias maneras. La Tabla 1.1 muestra las diferentes variantes para direcciones en SIP.[18].