Technische Universität Ilmenau Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik. Hauptseminar. VoIP in Mobilfunknetzen auf Basis von IMS

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1 Technische Universität Ilmenau Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik Hauptseminar vorgelegt von: Hamad Kountar eingereicht am: geboren am: Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik Studienrichtung: Informationstechnik Anfertigung im Fachgebiet: Verantwortlicher Professor: Wissenschaftlicher Betreuer: Kommunikationsnetze Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik Prof. Dr. rer. nat. habil. Jochen Seitz Dipl.-Ing. Yevgeniy Yeryomin

2 Inhaltsverzeichnis i Inhaltsverzeichnis 1 Einführung Warum IMS? IMS Standardisierung UMTS- und 3GPP-Vorgeschichte IMS entsteht IMS(IP Multimedia Subsystem) IMS Ziel Anforderung IMS Architektur IMS Netzknoten UA CSCF DNS/Enum HSS, SLF AS MRF MGW/MGC/SGW Weitere Knoten Protokolle bei IMS Signalisierungsprotokolle SIP-Protokoll SDP Protokolle zum Austausch der Nutzdaten RTP RTCP andere Protokolle DIAMETER IMS Dienste Presense Presense Mechanismus Paketvermittelte VoIP VoIP-Ablauf über IMS FMC Lösung auf Bais von IMS Ericsson-Lösung

3 Inhaltsverzeichnis ii 4.2 Siemens-Lösung IMS-Anbieter Zukunft Vision Literaturverzeichnis 26 Abbildungsverzeichnis 28 Tabellenverzeichnis 29 Abkürzungsverzeichnis 30

4 1 Einführung 1 1 Einführung 1.1 Warum IMS? Was leistet die neue Netztechnik des IP Multimedia Subsystem? In der Telekommunikation hat sich in den letzten Jahren zu einem der wichtigsten Themengebiete All-IP Multimedia Subsystem entwickelt, denn IMS bedient auf fundamentale Weise eine Reihe von Megatrends der Kommunikationsindustrie, wie All-IP, Fixed Mobile Convergence, Konvergenz von Telekommunikation und IP-Welt. Das IP Multimedia Subsystem schafft in idealer Weise eine Verbindung zwischen Festnetz und Mobilfunk zwischen Telekommunikation und Internet, zwischen VoIP und weiteren Kommunikationsarten.Alles, was eine IP-Adresse oder keine IP-Adresse besitzt, kann über IMS miteinander kommunizieren.[jens07] 1.2 IMS Standardisierung UMTS- und 3GPP-Vorgeschichte Im Rahmen der UMTS-Standardisierung für Mobilfunknetze der dritten Generation war das Standardisierungsgremium 3GPP sehr schnell davon abgekommen, Dienste im neuen UMTS-Vermittlungsnetz über das bei GSM bereits erreichte Niveau hinaus zu spezifizieren. Die Hauptgründe dafür waren einerseits, dass die in der Mobilvermittlungsstelle Dienste mit GSM und CAMEL bereits ausreichend detailliert festgelegt waren. Andererseits wurde von allen Beteiligten erwartet, dass der eigentliche Entwicklungsschub im All-IP-Bereich stattfinden würde und demzufolge standardisierte Anwendungen und Dienste eher für die durch UMTS bereitgestellte mobile, breitbandige IP-Verbindung gebraucht würden.[jens07] IMS entsteht So war IMS ursprünglich als neues Service Network für IP-basierte UMTS-Netze gedacht und wurde von 3GPP als Teil seiner Standardisierungsausgabe 3GPP R5 (2003) spezifiziert. Da IMS IP-basierte Multimedia-Dienste handhaben sollte, war es naheliegend, auf diesbezügliche IET/FRFCs (SIP, SDP, DIAMETER usw.) zurückzugreifen (www.ietf.org). Diese von vornherein in den IMS-Standard eingebaute Multimedia- Fähigkeit macht einen großen Teil der Flexibilität von IMS aus. Der zunächst sehr akademische Ansatz wurde in der nächsten Ausgabe überarbeitet. Mehrere Verbesserungen und Erweiterungen im Standard (IPv4 und IPv6 statt nur IPv6, Definition der

5 1 Einführung 2 Schnittstellen zu anderen TDM- oder IP-basierten Netzen) verbreiterten die tatsächlichen Einsatzmöglichkeiten von IMS. Die IMS-Standardisierung beschreibt ein IMS Core Network für die Steuerung von Multimedia- Sessions, das alle Arten von Multimedia- Diensten parallel handhabt, sowie einen flexiblen Application-Server-Mechanismus (AS), bei dem über definierte, offene Schnittstellen zum IMS Core Network die eigentlichen Dienste von Anwendungsservern erbracht werden. Dabei sind im wesentlichen die Signalisierungs-, Transport- und Sicherheitsmechanismen für Echtzeit-, Messaging- und Presence-Dienste beschrieben worden (die sog. Enabler), nicht aber die Dienste selbst. Mittlerweile kümmert sich allerdings die Open Mobile Alliance um die weitgehende Standardisierung der Applikationsmechanismen.[Jens07] Nächste Abbildungen zeigen die IMS-Standardisierung Abbildung 1.1: IMS Standardisierung Gruppen [Davi06]

6 1 Einführung 3 Abbildung 1.2: Zeitlich Ablauf der IMS Standardisierung [Davi06]

7 2 IMS(IP Multimedia Subsystem) 4 2 IMS(IP Multimedia Subsystem) 2.1 IMS Ziel Ziel des IMS zu entwefen war : Kombination vorherigen Trende in Technologie Wirkliche mobiles Internet Herstellen allgemeine Platform zur Entwicklung der mobilen Dienste Herstellen Mechanismen für Benutzung von mobile Paketvermittelte Netze Infrastruktur für NGN(Next Generation Network) 2.2 Anforderung IMS ist definiert für Ziel von Ablieferung der IP-Multimedia Dienste zu End-Teilnehmer. Deswegen die Anforderung dafür ist : Unterstützt zur Aufbau IP-Multimedia Session Unterstützt Mechanismen zur QoS Unterstützt CS-Netze und PS-Netze Unterstützt Roaming Unterstützt starke Kontrolle von Operator beim Dienst-Ablieferung Unterstützt schnelle Implementierung von neuen Diensten ohne Standardisierung

8 2 IMS(IP Multimedia Subsystem) IMS Architektur Abbildung 2.1 zeigt den Überblick über eine IMS-Netzarchitektur. Im folgenden wird kurz auf die Funktionen der einzelnen IMS-Systemkomponenten eingegangen. Abbildung 2.1: IMS Netzarchitektur im Überblick [Jens07] IMS Netzknoten UA Der User Agent (UA) ist die universelle IMS-Bezeichnung für einen Endpunkt, der an der SIP-Signalisierung teilnimmt. Im einfachsten Fall wäre dieses ein SIP-Telefon oder ein Softclient auf einem Computer. Es ist aber auch möglich, daß z.b. ein Application Server diese Rolle einnimmt und wie ein UA signalisiert.[jens07] CSCF Der Call Session Control Server (CSCF) ist das zentrale Element der IMS-Architektur. Er baut auf dem Prinzip klassischer Softswitche auf, hat diesen allerdings zwei Hauptvorteile voraus. Zum einem bietet er eine Multimedia-Fähigkeit im Gegensatz zu der reinen Sprachfunktionalität der Softswitche. Zum anderen verfügt er über offene, standardisierte Schnittstellen zu Teilnehmerdatenbank und Anwendungsservern, was das

9 2 IMS(IP Multimedia Subsystem) 6 System flexibel gegenüber Anwendungserweiterungen macht. Der CSCF kommt in drei Ausprägungen vor: Proxy (P), Interrogating (I), and Serving (S).[Jens07] P-CSCF Dies ist der erste Kontaktpunkt innerhalb des IMS-Netzes für ein IMS User Agent (UA). Über das zugrundeliegende IP-CAN (IP Connectivity Access Network, z.b. der Breitbandzugang im Festnetz oder GPRS im Mobilnetz) wird zunächst eine IP- Verbindung geschaffen, auf der die SIP-Signalisierung dann aufsetzt. Aufgrund seiner Rolle als Torwächter für das IMS-Netz erfüllt der P-CSCF viele Sicherheitsfunktionen und sichert nach erfolgreicher Authentifizierung den anderen IMS-Knoten im Netz die festgestellte Identität des Users zu, so daß andere Knoten dieses nicht wiederholen müssen.[jens07] I-CSCF Der Interrogating CSCF wird als Einstiegspunkt in eine administrative Domäne eingesetzt (nur für kommende Anfragen). Beispiele sind die Bestimmung des aktuellen S-CSCF des Nutzers oder die Registrierung eines roamenden SIP-Nutzers. In beiden Fällen ist nämlich (noch) nicht bekannt, welcher von möglicherweise mehreren S-CSCFs den Nutzer tatsächlich verwaltet. Zu diesem Zweck führt der I-CSCF eine Abfrage des HSS durch, welcher S-CSCF dem Nutzer bereits zugeordnet ist, bzw. führt die Zuordnung durch, falls dieses bisher noch nicht geschehen ist. Der Vorteil der I-CSCF-Funktion liegt darin, daß im Interworking-Fall zwischen zwei IMSNetzen das abgebende Netz die Anzahl und Kennungen der HSS und CSCF des empfangenden Netzes nicht zu kennen braucht (oder dieses auch gar nicht darf), sondern nur die des I-CSCF. Konkret versteckt man damit die Topologie des Empfängernetzes, was der Sicherheit jedes einzelnen Netzbetreibers und der Verminderung des Koordinationsbedarfes untereinander dient. S-CSCF Der Serving CSCF basiert auf der SIP-Registrar-Funktion und ist damit für die Dienste- und die Session-Abwicklung des Users zuständig. Der S-CSCF ist daher die wichtigste aller drei CSCF-Ausprägungen. Nach der Allokation eines S-CSCF zu einem Benutzer lädt der S-CSCF die User- Daten vom HSS (z.b. welche kommenden und gehenden Zusatzdienste für diesen User gelten) und meldet diesen User beim HSS als zu diesem S-CSCF gehörig an (für eventuelle zukünftige Abfragen durch das I-CSCF). Zwei weitere wichtige Funktionen zeigen die zentrale Rolle des S-CSCFs beim Session- Aufbau: IP-Adressen-Bindung und SIP-Routing. Unter ersterem versteht man die paarweise Speicherung von öffentlicher SIP-ID des Users und seiner gegenwärtigen Kontaktadresse (z.b. der IP-Adresse seines gerade benutzten Terminals). Letztere beinhaltet das Auffinden des gewünschten B-Teilnehmers. Hierzu benötigt der S-CSCF zwei unterschiedliche Hilfsfunktionen (DNS/Enum), je nachdem ob die B-Teilnehmerkennung eine SIP-Identität oder eine herkömmliche Telefonnummer(E.164)ist. [Jens07] DNS/Enum Beim Auffinden des B-Teilnehmers kann es ja nach Art der Identität, die der A- Teilnehmer angegeben hat, zwei verschiedene Fälle geben. Im Fall einer SIP-Kennung

10 2 IMS(IP Multimedia Subsystem) 7 muß aus der Domäne des Adressaten eine erste Adresse des Netzes des Adressaten abgeleitet werden. Hierfür wird ein DNS-System benötigt,das für einen gegebenen Fully Qual Domain Name (FQDN) ein Routing angeben kann. Ist die angegebene Kennung des Adressaten eine herkömmliche Telefonnummer, wird ein Enum-System benötigt, das eine gewählte E.164-Nummer in eine SIP URI umsetzen kann.[jens07] HSS, SLF HSS steht für Home Subscriber Server. Seine Aufgabe ist die Speicherung aller Teilnehmerdaten, die für den Aufbau von Multimedia-Verbindungen notwendig sind (z.b. Identität, Authentifizierungsdaten, eingerichtete Dienste usw.). Auf Anfrage stellt das HSS die relevanten Daten anderen Netzelementen zur Verfügung (I-CSCF, S-CSCF, AS). Das HSS ist vergleichbar mit dem HLR in Mobilfunknetzen. Für den Fall, daß der Netzbetreiber mehr als ein HSS verwendet, wird eine Subscriber Locator Function (SLF) benötigt. Diese stellt eine Beziehung zwischen der Identität des Teilnehmers und dem HSS her, in dem seine Daten gespeichert sind.[jens07] AS Der Applikation-Server (AS) ist die dienstegebenden Plattformen im IMS,ähnlich zum IN der leitungsvermittelten Netze. Genau wie beim IN können die Dienste der AS im allgemeinen Fall sowohl auf der abgehenden wie auch auf der kommenden Seite angelegt werden. Auf einem Application Server können auch neue IMS-Dienste kreiert werden, wobei der Netzbetreiber oder der Anwendungslieferant völlig frei in der Ausprägung der Dienste ist. Neben den AS, die ganz spezifische IMS-Dienste offerieren, gibt es auch noch AS, die letztendlich nur eine Schnittstelle zur alten Welt herstellen (also zum IN, dies ist die Rolle des IM-SSF in Abbildung 2.1, oder zur OSA/Parlay-Plattform, siehe OSA-SCS Abbildung 2.1).[Jens07] MRF Für einfache Dienste reicht es dem AS aus, nur die SIP-Signalisierung zu verändern, um den Dienst zu erbringen, z.b. für einen Session-Umleitungsdienst. Im allgemeinen jedoch möchte man auch die Medienebene beeinflussen können. Ein Beispiel sind Ansagen oder Signaltöne zum Endkunden; ein anderes eine Videokonferenz, in der nach einem bestimmten Schema für jeden Teilnehmer die Videobilder aller anderen Teilnehmer gruppiert und zusammen angezeigt werden. Solche Aufgaben übernimmt die Media Resource Function. Da die Manipulation der Nutzdatenebene eng mit der Signalisierung des Dienstes koordiniert werden muß, kann die MRF vom AS gesteuert werden. Mitunter wird innerhalb der MRF zusätzlich noch unterschieden in eine Steuerungsfunktion MRFC (MRF Controller) und eine Nutzdatenfunktion MRFP (MRF Processor.[Jens07]

11 2 IMS(IP Multimedia Subsystem) MGW/MGC/SGW Die funktionalen Einheiten Media GateWay, Media Gateway Controller und Signaling GateWay sind für die Übergabe einer Session zwischen der IMS-Domain mit SIP-Signalisierung und einem leitungsvermitteltem TDM-Netz mit ISUP zuständig (PSTN, PLMN) in beide Richtungen. Der MGC wählt ein passendes MGW aus, das wiederum Ressourcen zur Wandlung der Nutzdatenebene für die gegenwärtige Session zur Verfügung stellt (RTP <-> TDM). Die Wandlung von gesprächsbezogener SIP-Signalisierung in IMS von und nach ISUP stellt das SGW zur Verfügung.[Jens07] Weitere Knoten Weitere wichtige Knoten sind die Break-Out Gateway Control Function (BGCF), deren Aufgabe die Auswahl des richtigen MGC im Fall einer PSTN-Terminierung ist, sowie das Session Border Gateway, das an Netzschnittstellen (zu anderen Netzen, oder zum Zugangsnetz) für Sicherheitsfunktionen eingesetzt wird.

12 2 IMS(IP Multimedia Subsystem) Protokolle bei IMS SIP (Session Initiation Protocol) ist ein flexibler Mechanismus zum Aufbau und zur Steuerung von Multimedia-Sessions, egal ob diese Sessions eine Audio-, Video-, Messaging-, Whiteboard- Verbindung oder alle Elemente gleichzeitig oder in einer von den Endbenutzern in Echtzeit gesteuerten Abfolge enthalten. Dabei überläßt gemäß IMS-Standard das SIP-Protokoll die eigentliche Beschreibung der Multimedia-Session einem anderen Protokoll, nämlich dem SDP (Session Description Protocol). Die eigentlichen Nutzdaten werden dann über das Protokoll RTP (Real-Time Transport Protocol) ausgetauscht Signalisierungsprotokolle SIP-Protokoll SIP ist ein textbasiertes Protokoll ähnlich zu HTTP. Genau wie HTTP ist auch SIP ein Request- Response-Protokoll. Ein Client sendet einen SIP-Request, und der Server antwortet mit einer SIP-Response. Anders als bei HTTP aber kann bei SIP jede Seite Client oder Server sein, je nachdem welche Seite eine Session oder Veränderungen daran initiiert. Die jeweilige Rolle eines UAs wird daher oft mit den Abkürzungen UAC (User Agent Client) und UAS (User Agent Server) gekennzeichnet.[jens07] Tabelle 2.1 zeigt Liste der SIP Request Methoden Bemerkung: Nur ACK, BYE, CANCEL, INVITE, OPTIONS, REGISTER entstammen dem ursprünglichen SIP RFC [1], die anderen SIP-Methoden entstammen SIP-Erweiterungen SDP SDP (Session Description Protocol) ist ebenfalls ein textbasiertes Protokoll, im wesentlichen sogar nur eine textbasierte Beschreibung einer Session. SDP enthält eine exakte Beschreibung der aufzubauenden Session. Hierzu gehören z.b. die Medienbeschreibungen, Codecs, Ports, Senderichtungen usw. Dieses erfolgt durch eine Liste von SDP-Typen und ihren jeweiligen Werten im festgelegten Format Typ = Wert, wobei Typ durch einen einzigen Buchstaben gegeben ist.[jens07]

13 2 IMS(IP Multimedia Subsystem) 10 SIP-Request-Methode ACK BYE CANCEL INFO INVITE NOTIFY MESSAGE OPTIONS PRACK PUBLISH REGISTER REFER SUBSCRIBE UPDATE Erklärung bestätigt den Empfang der Sessioneröffnung (bestätigt ein OK) Anfrage zur Terminierung einer Session (Gegenteil von INVITE) Anforderung, die vorherige Anfrage abzubrechen Anfrage, mit der PSTN-bezogene Informationen übermittelt werden Einladung zu einer Session, oder zu einer Modifizierung der Session Benachrichtigung über eine Änderung im Verfügbarkeitszustandes (Presence) eines Teilnehmers, dessen Presence man abonniert hat Anforderung zur Direktübertragung einer Instant Message Anfrage an einen Server, seine Fähigkeiten (Options) darzulegen Bestätigt eine vorläufige Antwort (PRovisional response ACKnowledgement) ein SIP UA gibt über die Publish-Anfrage seinen Verfügbarkeitszustand (Presence) bekannt Anforderung, einen User Agent erstmalig oder wiederholt beim System zu registrieren Anforderung an einen Server, einen neuen oder modifizierten Request zu senden (zur Umleitung von SIP-Signalen verwendet) Anforderung, über den Verfügbarkeitszustand eines Teilnehmers (Presence) informiert zu werden (subscribe = abonnieren) modifiziert gewisse Eigenschaften einer Session Tabelle 2.1: Liste der SIP Request Methoden[Jens07] Protokolle zum Austausch der Nutzdaten Im IMS werden Nutzdaten über das Real-time Transport Protocol (RTP) ausgetauscht, unterstützt durch das Real-time Transport Control Protocol (RTCP), Abbildung 2.2. Dieses passiert dann über reguläre Transportmechanismen des zugrundeliegenden IP- Netzes und nicht über die Stationen der SIP-Signalisierung. Dabei werden die vorher über SDP ausgetauschten IP-Adressen und -Ports verwendet.[jens07] Abbildung 2.2: Protokollaufbau für Multimedia-Echtzeitdienste [Jens07]

14 2 IMS(IP Multimedia Subsystem) RTP Das Real-time Transport Protocol wird verwendet, um Medienströme in Echtzeit über Transportmechanismen zu bewegen, die im Prinzip als unzuverlässig angesehen werden müssen. Die Mediendaten werden in Abschnitte unterteilt und in den Nutzdatenbereich des RTP-Pakets, zusammen mit begleitenden Informationen untergebracht: - Zeitstempel; - laufende Nummer; - Absenderkennung; - Typ der Nutzdaten. Der Zeitstempel ist eine Kennung der internen Aufteilung des Medienstroms in Pakete. Diese Angabe ist besonders im Zusammenhang mit RTCP wichtig. Die laufende Nummer erlaubt dem Empfänger eine genaue Sortierung der Reihenfolge, sowie eine Bestimmung eventuell fehlender Pakete. Die Absenderkennung ist für Konferenzen wichtig, und der Typ der Nutzdaten ist der über SDP vereinbarte payload type.[jens07] RTCP Das Real-time Transport Control Protocol wird immer zusammen mit RTP verwendet, um wichtige Kontrollinformationen über den RTP-Strom zu übermitteln. Hierzu gehören - eine Übersetzung der medienstromspezifischen Zeitstempel in absolute Zeitangaben (z.b. zur Synchronisierung verschiedener Medien untereinander); - die Übersetzung der (binären) RTP-Absenderkennung in ein Klartextformat; - das Zählen der gesendeten und empfangenen RTP-Pakete, um die Paketverlustrate einer Session bestimmen zu können. Für reine Punkt-zu-Punkt-Sprachverbindungen über RTP (und nur für diese) darf RTCP weggelassen werden.[jens07] andere Protokolle DIAMETER DIAMETER ist definiert als ein AAA-Protokollmechanismus(Authentication, Authorization, Accounting), auf dem nach Bedarf Anwendungen definiert werden können. Im IMS findet es Anwendung bei benutzerbezogenen Anfragen zum HSS (Cx-, Dx-Referenzpunkt), sowie als Credit-Control-Protokoll zwischen den IMS-Knoten und dem Vergebührungssystem. DIAMETER Anwendung im IMS finden sich in verschiedenen Spezifikationen für den Cx-Referenzpunkt oder für DIAMETER-basierte Vergebührungsanwendungen.[Jens07]

15 3 IMS Dienste 12 3 IMS Dienste Der Applikation-Server(AS) enthält die Anwendungen, die die eigentliche Endbenutzer Logik enthalten. Die IMS Architektur und SIP sind so flexibel gestaltet, dass eine ganze Reihe Telefon- und auch Nichttelefonanwendungen auf dieser Plattform realisiert werden können. SIP Standards wurden hier für IP Telefondienste und Instant Messaging Dienste entwickelt. Die wesentliche Dienste von IMS sind : Presense Messeging Conferencing Group Management Aber IMS kann noch mehrere Dienste anbieten wie zum Beispiel : Push-to-talk over Cellular (PoC) Paketvermittelte VoIP

16 3 IMS Dienste Presense Presense-Dienst ist für Internet in IETF-RFC Dokumente entwickelt, und auf SIP aufgebaut.aber es wurde von 3GPP angenommen und standardisiert. Durch Presense Kann der Benutzer Information über andere Nutzer wie z.b Zustand(online,besetzt,unterweg,...) der anderen Nutzern bekommen. Abbildung 3.1 zeigt die Presense-Architektur.Beim Presense wurde zwei Typen von Nutzer unterscheidet, ersten Presentity, der sich auf Beutzer Presenceprofil beziet, und zweiten Watcher, der sich auf Benutzer beziet, der andere Benutzer Presenceprofil schauen möchte.benutzer kann gleichzeitig beide presentity und watcher sein. Abbildung 3.1: Presense-Architektur [Gonz06] Presense Mechanismus Presense-Server wird hier als Presense Agent (PA) gezeichnet, wo die Presense-Mechanismus realisiert ist, und hat die Aufgabe, die Presense eines Kontaktes anzuzeigen und neue Kontakte zu autorisieren. Da davon abgesehen werden soll durch ständiges Pollen den Status eines Kontaktes abzufragen, muss dieser die Daten persistent halten und beim Anmelden eines Nutzers alle seine Kontakte davon berichten. Für diese beiden Aufgaben muss jedoch keine Erweiterung des SIP-Protokolls erfolgen, da die Nachrichten SUBSCRIBE und NOTIFY für diese Funktionen genutzt werden können. SUB- SCRIBE: Mit der SUBSCRIBE Nachricht kann ein Benutzer kenntlich machen, dass er Interesse am Status eines anderen Benutzers hat. Der Unterschied zur normalen SUBSCRIBE-Nachricht besteht darin, dass sie nicht an einen Proxy, sondern direkt an einen Benutzer geschickt wird. Der Presense-Server des adressierten Benutzers nimmt diese Nachricht entgegen. Der Benutzer kann über das Eintreffen einer solchen Anfrage mit einer NOTIFY Nachricht informiert werden und diese entweder mit der Nachricht 200 positiv, oder mit der Nachricht 400 negativ quittieren. Mit der NOTIFY Nachricht werden andere Benutzer über den Status eines Benutzers informiert. Diese Nachrichten werden automatisch vom Presense-Dienst versand, sobald sich der Status des ihm zugehörigen Clients ändert.

17 3 IMS Dienste Paketvermittelte VoIP VoIP ist die Abkürzung von Voice over IP und wird auch auf Deutsch IP-Telefonie genannt. Es wird SIP als Protokoll zur Verbindungssteuerung und RTP/RTCP als Protokoll zur Sprachübertragung für VoIP. 3GPP2 definiert Kern-Standards für VoIP und multi-media Dienste: voice/video conferencing, PTT, Presence and Instant Messaging. Es wird die Archritektur für Non-roaming Mobile-to-Mobile und Non-roaming Mobile-to-Internet VoIP Call wie steht in Abbildung 3.2 bzw. Abbildung 3.3 Abbildung 3.2: Netzwerk Model für Non-roaming Mobile-to-Mobile VoIP Call [Davi05] Es wird ein Telephony Applikation Server(TAS) als AS, der die Intelligenz, um Telefongespräche über SIP ausführen zu können, enthält. Zu den Diensten gehören unter anderem die Routing Nummern-Auflösung, Weiterleitung, Konferenzen etc. Der TAS kommuniziert mit den Media Servern um die entsprechenden Gesprächssteuertöne abzurufen. Wenn das Gespräch in das analoge Netz geleitet werden muss, so instruiert der TAS den MGCF mittels SIP, den PSTN TDM Datenfluss in einen IP RTP Datenfluss umzuwandeln und an das entsprechende IP-Telefon weiterzuleiten. Protokoll-stack wird auch von 3GPP2 wie in Abbildung 3.4 standardisiert.

18 3 IMS Dienste 15 Abbildung 3.3: Netzwerk Model für Non-roaming Mobile-to-Internet VoIP Call [Davi05] Abbildung 3.4: VoIP Protokoll Stack über IP [Davi05]

19 3 IMS Dienste VoIP-Ablauf über IMS Abbildung 3.5 zeigt das Ablauf von VoIP zwischen mobilen Endgeröte über IMS- Knoten. Abbildung 3.5: VoIP-Ablauf über IMS [3GPP05]

20 4 FMC Lösung auf Bais von IMS 17 4 FMC Lösung auf Bais von IMS Fixed Mobile Convergence (Abk.: FMC) ist ein Begriff aus der Telekommunikation und beschreibt das Zusammenwachsen (Konvergenz) von Fest- und Mobilfunknetzen. Hauptmerkmale von FMC sind: Endgeräte-Mobilität Dienste-Mobilität persönliche Mobilität Die Endgeräte-Mobilität erlaubt es dem Nutzer, sein persönliches Endgerät überallhin mitzunehmen und es dort zu benutzen, wo er sich gerade aufhält. Die Dienste- Mobilität stellt dem Nutzer ein Paket konsistenter Dienste zur Verfügung, und zwar unabhängig vom Endgerät, Zugangsnetz und dem Aufenthaltsort. Die persönliche Mobilität gewährleistet, dass der Teilnehmer überall unter einer Rufnummer erreichbar ist und umfasst auch das Roaming zwischen den verschiedenen Netzen. IMS kann als Infrastruktur für FMC sein,denn IMS unabhängig von Diensten und Zugangsnetzen. Die Idee für IMS zu heutigen Netze einzuführen ist die Umsetzung von vertikallen zu horizontalen Netzwerke wie steht in Abbildung 4.1 Abbildung 4.1: von vertikalle zu horizontale Netzwerke [Eric06] Die Idee für dise Umsetzung war sogensnnten Sostswitch.

21 4 FMC Lösung auf Bais von IMS 18 Softswitch Die Idee von Softswitch ist Trennung der Aufgabe von klassischen Switch in zwei Typen, eine für Steuerungsinformation(Softswitch) und die andere für Nutzdaten(Media Gateway). Der Softswitch steuert die Verbindung zwischen Media-Gateways.Abbildung 4.1 zeigt die Idee von Softswitch. Abbildung 4.2: Softswitch [Eric06] Die Provider für IMS-Lösungen haben dise Idee verwendet und es wird hier kurz die Stratigie von Ericsson und Siemens zur FMC-Einführung auf Basis von IMS.

22 4 FMC Lösung auf Bais von IMS Ericsson-Lösung Ericsson ist eine bekannte Firma in Tekommunikationsbereich und sie hat eine Stratigie zur FMC-Einführung auf Basis von IMS. Diese Stratigie wird in drei Schritte gebaut: Schritt 1: Softswith-Einsatz um Kosten zu reduzieren wie steht in Abbildung 4.3 Abbildung 4.3: Erste Schritt bei Ericsson-Stratigie [Eric06] Schritt 2: IMS-Einsatz als Platform für multimediale Kommunikation wie steht in Abbildung 4.4 Abbildung 4.4: Zweite Schritt bei Ericsson-Stratigie [Eric06]

23 4 FMC Lösung auf Bais von IMS 20 Schritt 3: Diser Schritt kommt später, wenn alle Endgeräte IMS-fähig sind,und wird alles durch IMS gesteuert wie steht in Abbildung 4.5 Abbildung 4.5: Dritte Schritt bei Ericsson-Stratigie [Eric06]

24 4 FMC Lösung auf Bais von IMS Siemens-Lösung Siemens ist auch eine bekannte Firma, die viel Lösungen in Telekommunikationsbereih anbietet. Eine von diesen Lösungen ist eine fertige Lösung für FMC-Einführung auf Basis von IMS. Es wird die Lösung in vier Schritte eingeführt. Schritt 1: In diesem Schritt wird multimedialle VoIP-Clients von die Komponent(SURPASS hiq 4200 SIP-based voice application server)unterstützt. Verbindung mit herkömmlichen Netzen(PSTN,PLMN) wird mit Komponenten(SURPASS hie 9200 Softswitch, SURPASS hig 1x00 Trunk Gateways). Dieser Schritt wird in Abbildung 4.6 gezeigt. Abbildung 4.6: Erste Schritt bei Siemense-Stratigie [Klau06]

25 4 FMC Lösung auf Bais von IMS 22 Scritt 2: In diesem Schritt wird IMS als Test-Dienste eingesetzt. Es wird hier,wie in Abbildung 4.7 gezeigt wird, Komponent(CFX-5000) als multimedia Call Session Control Function(CSCF) und Komponent(CMS-8200)als Home Subscriber Server (HSS) verwendet. Abbildung 4.7: Zweite Schritt bei Siemense-Stratigie [Klau06] Scritt 3: Hier wird Voice Applikation Server für neue Cliente eingeführt,wie es in Abbildung 4.8 gezeigt wird. Abbildung 4.8: Dritte Schritt bei Siemense-Stratigie [Klau06]

26 4 FMC Lösung auf Bais von IMS 23 Scritt 4: In letzten Schritt wird alle multimedialle VoIP Cliente zum FMC eingeführt und IMS als Infrastruktur für ganzen Netz eingesetzt. Abbildung 4.9 zeigt vierte Schritt Abbildung 4.9: Vierte Schritt bei Siemense-Stratigie [Klau06]

27 5 IMS-Anbieter 24 5 IMS-Anbieter Der japanische Netzbetreiber Softbank Mobile hat das nach eigenen Angaben erste IP Multimedia Subsystem (IMS) über UMTS in Betrieb genommen. Der IMS-Standard soll übergangslos Mobil- und Festnetztelefonie sowie die Datenübertragung auf Basis des IP-Protokolls verknüpfen und so den Netzbetreibern die Einführung neuer Dienste zum Beispiel aus dem Multimediabereich für den Endkunden erleichtern. Softbank Mobile wurde hier eine Lösung von Ericsson verwendet. Bei Softbank wurden zum Start erste Services wie Push-to-Talk und Hotstatus, eine Teilnehmerverfügbarkeitsprüfung, auf Basis von IMS realisiert. Potenziell sind über die Plattform verschiedenste Sprach-, Text-, Bild- und Videodienste wie zum Beispiel die Videotelefonie oder der Download von Musikdateien möglich. Solche Services sind zwar auch schon in den bestehenden Netzen integriert, allerdings ist die Entwicklung hier schwieriger und die Implementierung vergleichsweise teuer: IMS soll als einheitlicher und offener Standard für das Angebot von Sprach- und Daten-Services eine kostengünstige, netzübergreifende Plattform bieten. Neben dem jetzt gestarteten Softbank-Netz hat Ericsson weltweit weitere 28 Aufträge für den Netzaufbau erhalten. Zudem seien aktuell 60 Testnetze in Betrieb. Der europäische Netzbetreiber mmo2 hat Siemens Communications beauftragt, sein Mobilfunknetz mit einem IPbasierten Multimedia Subsystem (IMS) auszustatten. IMS ist eine vom 3GPP-Konsortium standardisierte Plattform, die es Netzbetreibern erleichtert, Multimedia-Angebote in ihre Mobilfunk und Festnetze zu integrieren. Gemäß des Rahmenvertrags wird Siemens Communications mehrere IMS-Netzelemente und -Services in die Netze von mmo2 installieren. Der Betreiber erwartet, dass die ersten kommerziellverfügbaren IMS-basierten Multimedia-Applikationen Dienste wie Push-and-Talk, Chats, Instant Messaging oder MMS sein werden.wir sind beeindruckt von der Leistungsfähigkeit und den Möglichkeiten, die Siemens bei IP-basierter Infrastruktur und Services bietet, sagt Dave Williams, Chief Technology Officer bei mmo2. KPN wählt Siemens als IP-Partner Der niederländische Netzbetreiber KPN hat Siemens zum strategischen IP-Partner für sein Festnetz- und Mobilfunkgeschäft in den Niederlanden, in Belgien und in Deutschland gewählt. Im Rahmen der Vereinbarung wird Siemens Communications eine komplett neue IP-Umgebung für die gesamte KPN aufbauen. Der Vertrag hat eine Laufzeit von fünf Jahren. Mit der getroffenen Vereinbarung legen KPN und Siemens die Basis für eine neue Generation von Kommunikationsdienstleistungen.Diese laufen auf Grundlage des IP, wodurch die vorher getrennten Welten von Telefonieren, Internetten und Datenverkehr miteinander verschmelzen. Zu den neuen Diensten gehören VoIP, Video Conferencing und Instant Messaging, die längerfristig über das feste und mobile Netz laufen sollen. Siemens liefert dafür Netzelemente und Anwendungsplattformen (IMS, IP Multimedia Subsystem) vor allem auf der Grundlage seiner IP-Konvergenz-Architektur SURPASS.

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