IMS Einordnung und Einführung

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1 IMS Einordnung und Einführung Seminarvortrag in der Arbeitsgemeinschaft Rechnerbetrieb Technische Fakultät Universität 2008,

2 IMS: Anwendungsgebiete Converged Services Provider Der Service (Was) nicht die Methode (Wie) steht im Vordergrund. Wide Area Networking Logical and Geographical Inter-Networking Teilnehmerzahlen ab ca sind typisch 2

3 IP Multimedia Sub-System Das IP Multimedia Subsystem (IMS) ist eine Sammlung von Spezifikationen des 3rd Generation Partnership Project (3GPP). Ziel von IMS ist ein standardisierter Zugriff auf Dienste aus unterschiedlichen Netzwerken. IMS verwendet ein All-IP-Netzwerk, dies bedeutet, dass sämtliche Kommunikation IP-basiert erfolgt. IMS unterstützt aber auch bestehende Netze wie GSM oder das herkömmliche analoge und das digitale (ISDN-)Telefonnetz. Typische Dienste sind VoIP-Telefonie oder Präsenzinformationen. Das Basisprotokoll von IMS ist das SIP, welches über ein dediziertes IP-Netz Verbindungen zwischen den Teilnehmern aufbaut. (Wikipedia) Die Architektur ist in 3GPP TS beschrieben 3

4 IP Multimedia Sub-System IMS bildet auch die Basis für das bei ETSI (European Telecommunications Standards Institute) in der Gruppe TISPAN beschriebene Next Generation Network Release 1 (NGN R1). Mit IMS wurden folgende wesentliche Punkte eingeführt: paketvermittelte Verbindungen zwischen zwei und mehr Teilnehmern Zusammenarbeit zwischen der leitungsvermittelnden und der paketorientierten Domäne eine End to End Aushandlung der Dienstgüte (Quality of Service) dienstabhängige Kostenabrechnung Bereitstellung der Heimnetzumgebung in Fremdnetzen Unterstützung verschiedener Medientypen (Wikipedia) TISPAN Standards sind nicht alle frei verfügbar 4

5 Next Generation Network: ITU-T Y.2001 Paketübertragung Aufteilung der Steuerfunktionen in Übermittlungseigenschaften, Ruf/Verbindung und Anwendung/Dienst Abkopplung des Diensteangebots vom Netz und Bereitstellung von offenen Schnittstellen Unterstützung eines großen Spektrums von Diensten, Anwendungen und Mechanismen auf der Grundlage von Dienste-Bausteinen (Dienste-Modulen) (einschließlich Echtzeit/Streaming/Nicht-Echtzeit-Dienste und Multimedia) Breitband-Fähigkeiten mit durchgehender Dienstgüte und Transparenz Zusammenarbeit mit vorhandenen Netzen über offene Schnittstellen Generelle Mobilität Uneingeschränkter Zugang der Nutzer zu verschiedenen Diensteanbietern Vielzahl von Identifikationsschemata Einheitliche Dienstemerkmale für den gleichen Dienst aus der Sicht des Nutzers Konvergenz von Diensten zwischen fest/mobil Unabhängigkeit von dienstbezogenen Funktionen von den zugrunde liegenden Beförderungstechnologien Einhaltung aller regulatorischen Anforderungen, z. B. bei Notrufen sowie Sicherheit/Vertraulichkeit usw. 5

6 Intelligent Network: ITU-T Q.1200 Ein intelligentes Netz ist keine spezielle physikalische Netzplattform, sondern eine zusätzliche diensteorientierte Architektur, die auf einer bereits vorhandenen NetzwerkInfrastruktur aufsetzt und diese mit zusätzlichen zentral verwalteten Leistungsmerkmalen ausstattet. Intelligent Network Application Part (INAP) ist eine standardisierte Schnittstelle für intelligente Netze (IN). Über diese Schnittstelle, die zwischen dem Service Control Point (SCP) und dem Service Switching Point (SSP) liegt, können Service Provider eigene Dienstleistungen anbieten. Die beiden genannten Service-Punkte kommunizieren miteinander über das intelligente Netzwerkprotokoll INAP, das wie ISUP auf der SS7-Signalisierung aufsetzt. Q Q.795 6

7 Übersicht 7

8 Alphabet - Soup Cx Dx Gi Gm ISC Iu Ix Ici Izi Le Ma Mb Mg Mi Mj Mk Mm Mr Mw Mx Sh Si Ut Reference Point between a CSCF and an HSS. Reference Point between an I CSCF and an SLF. Reference point between GPRS and an external packet data network. Reference Point between a UE and a P CSCF. Reference Point between a CSCF and an Application Server. Interface between the RNS and the core network. Reference Point between IBCF and TrGW. Reference Point between an IBCF and another IBCF, different IM CN subsystem Reference Point btw. a TrGW and another TrGW, different IM CN subsystem Reference Point between an AS and a GMLC. Reference Point between an AS and an I-CSCF. Reference Point to IP network services. Reference Point between an MGCF and a CSCF. Reference Point between a CSCF and a BGCF. Reference Point between a BGCF and an MGCF. Reference Point between a BGCF/IMS ALG and another BGCF. Reference Point between a CSCF/BGCF/IMS ALG and an IP multimedia network. Reference Point between an CSCF and an MRFC. Reference Point between a CSCF and another CSCF. Reference Point between a CSCF/BGCF and IBCF. Reference Point between an AS (SIP AS or OSA CSCF) and an HSS. Reference Point between an IM-SSF and an HSS. Reference Point between UE and an Application Server. 8

9 Alphabet - Soup AS: Application Server SIP-AS OSA-SCS: Open Service Access Service Capability Server IM-SSF: IP Multimedia Service Switching Function BGCF: Breakout Gateway Control Function MFR: Multimedia Resource Function MRFC: Controller MRFP: Processor CSCF: Call Signaling Control Function I-CSCF: Interrogating S-CSCF: Server P-CSCF: Proxy HSS: Home Subscriber Server SLF: Subscriber Location Function IP-CAN: IP Connectivity Access Network I-BGF: Interconnection Border Gateway Function MGCF: Media Gateway Control Function IMS-MGW: IMS Media Gateway SGW: Signaling Gateway 9

10 Evolution vom 2G zu IMS 10

11 Interworking 11

12 Subscriber Data Model 12

13 Subscriber Data Access 13

14 Referenzarchitektur IMS Core TS Ut SIP-AS Ma Access Network ISC Sh IM-SSF Sh Mw UPSF Mw Mx MRFP Dx S-CSCF Cx SLF Dx Mk NASS Mp Cx IMS Ac. GW e4 Mi Mx RACS MRFC Si Ma P-CSCF Gq' Mr ISC ISC Mw Iq e2 OSA-SCS SGW Mj IBCF I-CSCF Ix BGCF TrGW MGCF Mn MGW NGN: core IMS architecture From The 3G IP Multimedia Subsystem (IMS), Third Edition Gonzalo Camarillo and Miguel A. García-Martín 2008 John Wiley and Sons, Ltd. 14

15 SIP-based Presence Service Architecture Watcher Presence Server (PS) Content Server Presence XDMS Presence Content XDMS RLS XDMS RLS Shared XDMS ISC ISC ISC Ut ISC ISC ISC Access Network Sh Aggregation Proxy P-CSCF PUA, Watcher, XDMC HSS S-CSCF SLF Access Network P-CSCF PUA, Watcher XDMC I-CSCF Ut SIP-based presence architecture in the IMS 15

16 Voice Call Continuity gsmscf A/Iu VMSC GMSC CAMEL service V3 Access Network Domain Selection Function (DSF) Sh HSS VCC Application Sh VCC enabled terminal Gm CS Adaptation Function (CSAF) P-CSCF Domain Transfer Function (DTF) Cx PSTN Mw Ma Mg MGCF Mn Ma ISC ISC Mw I-CSCF ISC S-CSCF MGW VCC architecture 16

17 Registration at the IMS level IMS Terminal P-CSCF (1) REGISTER I-CSCF (2) REGISTER HSS S-CSCF (3) Diameter UAR (4) Diameter UAA (5) REGISTER (6) Diameter MAR (10) 401 Unauthorized (11) REGISTER (9) 401 Unauthorized (12) REGISTER (7) Diameter MAA (8) 401 Unauthorized (13) Diameter UAR (14) Diameter UAA (15) REGISTER (16) Diameter SAR (17) Diameter SAA (20) 200 OK (19) 200 OK (18) 200 OK 17

18 Basic Session Setup (1) Originating Visited Network Originating Home Network P-CSCF S-CSCF IMS Terminal #1 (1) INVITE (2) 100 Trying Terminating Visited Network Terminating Home Network I-CSCF HSS S-CSCF P-CSCF IMS Terminal #2 (3) INVITE (4) 100 Trying Evaluation of initial filter criteria (5) INVITE (6) 100 Trying (7) Diameter LIR (8) Diameter LIA (9) INVITE (10) 100 Trying Evaluation of initial filter criteria (11) INVITE (12) 100 Trying (20) 183 Session Progress (30) 200 OK (31) UPDATE (40) 200 OK (22) PRACK (29) 200 OK (32) UPDATE (39) 200 OK (18) 183 Session Progress (17) 183 Sesssion Progress (23) PRACK (28) 200 OK (33) UPDATE (38) 200 OK (24) PRACK (27) 200 OK (34) UPDATE (37) 200 OK Pre-alert user (15) 183 Session Progress (25) PRACK (26) 200 OK Resource Reservation Resource Reservation (21) PRACK (19) 183 Session Progress (16) 183 Session Progress (13) INVITE (14) 100 Trying (35) UPDATE (36) 200 OK Alert user 18

19 Basic Session Setup (2) Originating Visited Network Originating Home Network P-CSCF S-CSCF IMS Terminal #1 (46) 180 Ringing (47) PRACK (56) 200 OK (62) 200 OK (63) ACK (45) 180 Ringing I-CSCF (44) 180 Ringing (48) PRACK HSS (43) 180 Ringing (49) PRACK (54) 200 OK (55) 200 OK (61) 200 OK (60) 200 OK (59) 200 OK S-CSCF P-CSCF (42) 180 Ringing (50) PRACK (53) 200 OK (58) 200 OK IMS Terminal #2 Alert user (41) 180 Ringing (51) PRACK (52) 200 OK (57) 200 OK Accept session (64) ACK (65) ACK Terminating Visited Network Terminating Home Network (66) ACK (67) ACK Media plane 19

20 Anwendungsbeispiel G l o b a l V o I P S e r v i c e A r c h i t e c t u r e f o r Tae carrier le f o n ic a -O 2 S t a g e 3 : E n h a n c e d V o IP S e r v ic e s w it h In t e r n e t C o m m u n ic a t io n s S C P N G IN & S e r v ic e B r o k e r 5410 P S/X D M S XCAP PP CC MM H ttp P re se n ce /N A B W eb & W eb S e lf C a r e 5440 P C C lie n t 5430 M M IM 5430 PoC IM / S M S / M M S P u sh -to -X IA S IS G S e rv ic e B roker P a r la y -X MM7 IM A P 4 M M S-C XM L IS C 5420 CTS IS C IS C IS C IS C M LP 5900 M RF 5100 CM S 5344 TaN 5420 VCC 8690 O SP 5900 PRBT MRFC/ MRFP U n ifie d M a ilb o x A /V /D Conf R e s id e n t ia l VCC IM - S S F N G IN PRBT M SCM L/ NETAN N M MTel SM S-C SM PP G M LC 5440 M o b ile C lie n t R T P / IP ( t o m a n a g e d IP n etw ork) ENUM Sh D SLA M Gm BRAS S o ft P h o n e W if i IP P h o n e W eb c lie n t D u a lm ode W LAN (W A G ) Gm W LAN (P D G ) 3G M o b ile I P SG SN Gm G G SN (P C E F ) 1 4 A lc a t e l-l u c e n t W im a x Gm W im a x F o ru m W AC (P D F ) POTS PSTN PLM N T -M G F P1 GSM Gm Gm S IP H / S IP IW F POTS MG M a n a g e d IP N e tw o rk Gm 3 G P P R e l 5 ; 6 ; 7 ; BS (P E F ) IN A P M n B2BUA 3G PP Rel 6 3G 3 G P P R e l 7 /T IS P A N R 1 CAP IS U P AGCF C / I- B G F IP P B X CAM EL MGCF SG F I- B C F SPD F Gm IS C x-c SC F IM S C o r e F ix e d B B TV IS C S B- CG SC CF F SLF/H SS NASS POTS IS C IS C IS C IS C F ix e d N B T IS P A N IM S P E S S IP H323 3 G P P 'A r c h it e c t u r e e n h a n c e m e n t s f o r n o n - 3 G P P a c c e s s e s '. A ll R ig h t s R e se r v e d A lc a te l-l u c e n t IP I n te r c o n n e c t IS D N TDM PBX Fax a vendor 20

21 Gesamtarchitektur Service Customer Care Fulfillment SLA Conformance Management Assurance Billing Business Activity Monitoring Rating Provisioning System & Application Monitoring Billing Data Management EM C EM VoIP VoIP AS AS Session Ctrl Layer CSCF Transport Layer BRAS DSLAM DSLAM Access Net Orientierung Subscriber Plattform 3 EMM DNS ENUM SBC BRAS Herausforderung NGN: Subscriber in the Net Klassisch: BSS/OSS/NSS Med. EMA SBC EM 2 HSS Collection D Mediation Discovery Application Layer Activation Activation Procurement Resource Configuration Management System 1 Invoice Incident Contract Setup Subscriber Order Product Order Management System A A: Einrichten von Kunden D: Analysieren von R&S Performance Data Resource & Service Fault Sub. & Res. Config. (Inventory) C: Charging & Billing Ex po rt SIP Owner Inter Con 21

22 Architecture for Authentication and Authorization in the IMS Sh SIP-AS OSA-SCS Sh Cx P-CSCF Dx HSS S-CSCF Cx Dx SLF P-CSCF I-CSCF 22

23 Auth. Message flow during registration IMS Terminal P-CSCF (1) REGISTER I-CSCF (2) REGISTER HSS S-CSCF (3) Diameter UAR (4) Diameter UAA (5) REGISTER (6) Diameter MAR (10) 401 Unauthorized (11) REGISTER (9) 401 Unauthorized (12) REGISTER (7) Diameter MAA (8) 401 Unauthorized (13) Diameter UAR (14) Diameter UAA (15) REGISTER (16) Diameter SAR (17) Diameter SAA (20) 200 OK (19) 200 OK (18) 200 OK 23

24 Charging Architectures IMS GWF S-CSCF ISC P-CSCF S-CSCF Rf I-CSCF Rf AS Rf Rf Ro OCF Rf Ro MRFC Rf CDF Rf Ro MGCF Ga Ro SBCF Rc Bx Billing Domain AS Ga CGF MRFC EBCF Re CAP GGSN BGCF GGSN ABMF IMS offline charging architecture Offline Charging RF SGSN IMS online charging architecture Online Charging From The 3G IP Multimedia Subsystem (IMS), Third Edition From The 3G IP Multimedia Subsystem (IMS), Third Editi Gonzalo Camarillo and Miguel A. García-Martín Gonzalo Camarillo and Miguel A. García-Martín 2008 John Wiley and Sons, Ltd John Wiley and Sons, Ltd. 24

25 Charging Messages (Offline) Originating Home Network IMS Terminal GGSN PCRF P-CSCF (1) INVITE S-CSCF (2) INVITE P-Charging-Vector (6) AAR (7) AAA (5) 183 Session Progress P-Charging-Vector P-Charging-Function-Ad CDF (3) INVITE P-Charging-Vector (4) 183 Session Progress P-Charging-Vector (8) 183 Session Progress (9) RAR (10) RAA (11) PRACK (18) PRACK (12) PDP (19) PRACK (13) PDP (14) CCR (15) CCA (16) RAR (20) 200 OK (17) RAA (21) 200 OK (22) 200 OK (23) UPDATE (24) UPDATE P-Charging-Vector (25) UPDATE (26) 200 OK (27) 200 OK (28) 200 OK (29) 200 OK (30) 200 OK (35) 200 OK (31) ACR [Start] (32) ACA (33) ACR [Start] (34) ACA (36) ACK (37) ACK (38) ACK 25

26 Charging Function 26

27 Offline Charging Function 27

28 Online Charging Function 28

29 Referenzen ISBN : The 3G IP Multimedia Subsystem Camarillo, Garc a-mart n; Wiley; 2006 ISBN : The IP Multimedia Subsystem Russel; McGraw Hill;2008 3GPP TISPAN 29

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