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IMS – IP Multimedia Subsystem como solução de convergência para redes
heterogêneas
Rivaldo Guedes Corrêa Jr
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Agenda:
O que é o IMS – IP Multimedia Subsystem? Qual a motivação da pesquisa? Tecnologias de acesso. Características e componentes do IMS. Experimentos. Conclusão.
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Figura 1 – O IMS. Fonte: Performance Technologies (www.pc.com)
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Poderia o IP Multimedia Subsystemprover um framework para distribuição e gerência
de serviços IPTV interativos?
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Tabela 1 – Tecnol. Acesso.Fonte: ABNT NBR 15607-1
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• Suporte a serviço multimídia;• Conexão orientada a sessão;• Rede orientada a pacote com convergência de
voz e dados;• Mobilidade;• Convergência Fixo/Móvel de serviços e operação
da rede;• Base de Dados centralizada para simplificação de
operação.
Características Principais
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O IMS Core
Figura 2 – IMS Core. Fonte: The IMS Jungle (www.theimsjungle.wordpress.com)
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Home Subscriber Server – HSS: é a entidade (ou nó) que contém a base de dados de todos os usuários de um domínio IMS. Essa entidade contém todas as informações relacionadas ao assinante necessárias para o estabelecimento de uma sessão multimídia, tais como localização, segurança, perfil (serviços alocados para o assinante) e o S-CSCF alocado para o assinante.
O IMS Core
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Call/Session Control Function – CSCF: as Call/Session Control Functions são as principais entidades de uma infraestrutura IMS, pois são responsáveis pelo processamento de toda a sinalização SIP. Existem três tipos de CSCF, classificadas de acordo com as suas funcionalidades.
O IMS Core
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Proxy-CSCF P-CSCF: Um P-CSCF é alocado para o terminal durante o seu registro IMS e durante todo o registro o terminal se comunicará com um único P-CSCF. O PCSCF é responsável por determinadas funções, algumas das quais relacionadas a segurança. Ele estabelece, por exemplo, o número de associações IPsec para um determinado terminal, as quais oferecem garantia de integridade dos dados trafegados. Uma vez que o P-CSCF autentica o assinante ele notifica os demais componentes da rede IMS acerca desse assinante.
O IMS Core
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Interrogating-CSCF I-CSCF: o I-CSCF é um servidor SIP localizado na borda de um domínio administrativo. Quando um servidor SIP encaminha uma procedure para localizar o próximo SIP Hop para uma mensagem em particular, o endereço do I-CSCF no domínio de destino é obtido a partir de um servidor DNS do domínio. O I-CSCF é responsável por localizar e alocar o S-CSCF que dará tratamento à mensagem recebida no domínio de destino. Por esta razão o I-CSCF trata todo o tráfego recebido de um domínio 'estrangeiro'. O I-CSCF possui uma interface Diameter com o HSS e com o SLF. Com isso ele recupera as informações de localização do assinante e efetua o roteamento da requisição SIP para o S-CSCF..
O IMS Core
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Serving-CSCF S-CSCF: Trata-se essencialmente de um servidor SIP que executa controle de sessão. Atua também como um registrador SIP. O objetivo desse registro é estabelecer uma correlação entre a localização do terminal e o respectivo endereço de registro SIP (ou PUI). Assim como o I-CSCF, o S-CSCF implementa uma interface Diameter com o HSS e outra com o SLF. Uma das principais funções do S-CSCF é prover serviço de roteamento SIP.
O IMS Core
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O registro de um terminal na rede IMS
Figura 3 – Registro IMS. Fonte: IMS Multimedia Telepnony over celular systems. John Wiley and Sons, 2007.
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EXPERIMENTOS RELEVANES SOBRE O TEMAMIKOCZY, SIVCHENKO e RAKOCEVIC – 2007
Avaliou a capacidade do sistema de adaptar o QoS da
transmissão às características do terminal utilizado pelo usuário
num cenário IPTV sobre IMS.
Propôs a introdução do MSCF – Media Service Control Function.
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MIKOCZY, SIVCHENKO e RAKOCEVIC – 2007
Figura 4 - Arquitetura dos serviços IPTV. Fonte: ETSI
MSCF
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MIKOCZY, SIVCHENKO e RAKOCEVIC – 2007
Tabela 1: Resultados do experimento
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EXPERIMENTOS RELEVANES SOBRE O TEMA
VINGARZAN e WEIK – 2007Avaliou o comportamento do plano de sinalização para as
seguintes tecnologias de acesso:
- Fast Ethernet
- 802.11g
- HSDPA
- W-CDMA
- GPRS
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VINGARZAN e WEIK – 2007
Figura 5 - Arquitetura de Referência adotada
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VINGARZAN e WEIK – 2007
Tabela 2: Atraso na camada de transporte para registro
Tabela 3: Atraso na camada de transporte para de-registro
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VINGARZAN e WEIK – 2007
Tabela 4: Atraso na camada de transporte para sessão multimídia SIP
Tabela 5: Atraso na camada de transporte para sessão multimídia IMS
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EXPERIMENTOS RELEVANES SOBRE O TEMAAL-HEZMI, MAGEDANZ, PALLARES e RIEDE – 2008
Avaliou a capacidade de provimento de serviços multimídia a partir de redes de
acesso IP heterogêneas integradas ao IMS.
Elementos importantes foram introduzidos:
SME para configuração de sessões de VoD e Live TV;
CME para gerenciamento do ciclo de vida do conteúdo;
CDCF para a entrega de conteúdo e o provedor de conteúdo.
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AL-HEZMI, MAGEDANZ, PALLARES e RIEDE – 2008
Figura 6 - Arquitetura de Referência adotada. Fonte: ETSI / ITU-T
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AL-HEZMI, MAGEDANZ, PALLARES e RIEDE – 2008
Figura 7 – Topologia do testbed
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AL-HEZMI, MAGEDANZ, PALLARES e RIEDE – 2008
Gráfico 1 – atraso da sessão para 3 cps. Gráfico 2 – atraso da sessão para 5 cps
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AL-HEZMI, MAGEDANZ, PALLARES e RIEDE – 2008
Gráfico 3 – atraso da sessão para 7 cps. Gráfico 4 – atraso da sessão para 10 cps
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AL-HEZMI, MAGEDANZ, PALLARES e RIEDE – 2008• O atraso da sinalização possui significativa influência no atraso total, dependendo de
quantos nós de rede estão presentes no caminho da comunicação, como por exemplo o
tipo do terminal do usuário, o IMS Core, o SME/CMF e o CDCF.• O atraso da primeira requisição é sempre maior que o atraso das mensagens seguintes.
Isso ocorre devido a configuração da sessão de retransmissão entre o provedor de
conteúdo (nesse caso o VLC) e o CDCF, e a preparação do pipeline relacionado com o
CDCF.• O tempo de processamento no SME/CME é penalizado sob certas condições,
particularmente quando já existem conexões ativas no SME (mais de 60 sessões para
taxas de 7 cps e mais de 30 sessões para taxas de 10 cps, de acordo com os gráficos 3 e
4, respectivamente). Isso leva a retransmissão de requisições anteriores após certo
tempo. Como resultado, a taxa real de requisições recebidas pelo SME é muito maior que
7 cps ou 10 cps, e, consequentemente, o atraso cresce exponencialmente.• Tão logo o tempo de processamento cresce no SME, retransmissões são disparadas pelo
IMS Core bem como pelos nós clientes, mesmo que o pacote tenha sido entregue com
sucesso, uma vez que o timeout da retransmissão é menor que a latência da rede.
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Tendências do Mercado de Telecom
Figura 8 – Hype Cicle. Fonte: Gartner, 2008.
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CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES Aderência à padrões e normas internacionais. Flexibilidade. Plano de sinalização com alta capacidade para integração de
diferentes tipos de terminais de acesso. Possibilidade de integração ao IMS Core de todos os elementos
fundamentais para entrega de vídeo com interatividade. Facilidade para conexão do playout ao distribuidor de mídia. Suporte a web services e content indirection (RFC4483). Aderente ao padrão H.761. Gerenciamento de QoS. Facilidade de adaptação para suportar distribuição por broadcast e
multicast.
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CONCLUSÕES
Os mecanismos para gerenciamento de sessão e para integração de diversos protocolos de
comunicação e de diversas tecnologias de acesso, associados aos mecanismos para
implementação de uma política de segurança (AAA, IPSec, etc.), compactação da sinalização
(SIGComp) e bilhetagem (PCRF), conferem ao IMS a
robustez exigida de uma arquitetura de TI.A sua estrutura oferece mecanismos que permitem a implementação de soluções de
redundância e de alta disponibilidade, características fundamentais para serviços de missão
crítica tais como os aqui tratados.
O fato de se adotar um único protocolo no plano de sinalização (SIP) e a sua independência da
camada de transporte contribui para a redução do número de equipamentos necessários,
simplificando a rede. Como benefício tem-se maior facilidade na administração do parque,
redução dos pontos da falha, redução dos pontos de vulnerabilidade, melhor administração de
usuários e assinantes, minimização da latência da rede e melhoria do processo de bilhetagem.
Indubitavelmente o custo de manutenção dessa rede (OPEX) e de investimento (CAPEX) será
também reduzido.
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TESTBED na indústria e academia
Open Source IMS Core / FOKUS IMS Playground – desenvolvido e mantido pelo Fraunhofer -
Institut für Offene Kommunikations systeme, Alemanha. Escolhido como referência para esse
trabalho por ser o mais utilizado no meio acadêmico.
ArcLabs – desenvolvido e mantido pelo Waterford Institute of Technology, Irlanda.
Beyond 3G – desenvolvido e mantido pela Technische Universität Berlin,Alemanha.
COSMOTE - desenvolvido e mantido pela Cosmote S.A., Grécia.
Exoticus – desenvolvido e mantido pela Alcatel-Lucent Centre de Villarceaux, França.
GENESIS – desenvolvido e mantido pelo Instituto Tecnológico de Aragón, María de Luna, Espanha.
Im@gin lab – desenvolvido e mantido pela Media and Network Cluster Association, França.
IMS TID labs – desenvolvido e mantido pela IMS TID Labs – Telefónica,Espanha
OCTOPUS – desenvolvido e mantido pelo Oulu Innovation Ltd. & Oulu University of Applied
Sciences, Finlândia.
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REFERÊNCIAS
[1] Corrêa Jr, Rivaldo G.; Gondim, Paulo R. L. Digital Television and Banking Inclusion in Brazil: Alternatives to
Access Technologies. ICDS'2009 – The Third International Conference on Digital Society. IEEE Computer
Society, 2009.
[2] 3GPP Mobile Group – http://www.3gpp.org.
[3] Al-Hezmi, A.; Carvalho de Gouveia, F.; Sher, M.; Friedrich, O.; Magedanz, T. Provisioning IMS-based
Seamless Triple Play Services over Different Access Networks. 978-1-4244-2066-7/08/IEEE. Technical
University of Berlin, Berlin - Germany, 2008.
[4] Chakraborty, Shyam; Peisa, Janne; Synnergren, Per; Frankkila, Tomas et al. IMS Multimedia Telephony over
Cellular Systems – Voip Evolution in a Converged Telecommunication World. John Wiley & Sons, 2007.
[5] 3GPP TS23.207 Specification. Quality of Service (QoS) Concept and Architecture.
[6] Pan European Laboratory Infraestructure Implementation – http://www.panlab.org.
[7] Fraunhofer Institute for Open Communication Systems – http://www.fraunhofer.de/en.
[8] The Open Source IMS Core – http://www.openimscore.org.
[9] IBM – http://www.ibm.com/developerworks/webservices/library/ws-soa-ipmultisub.
[10] Camarillo, G; Garcia-Martín, M. A. The 3G IP Multimedia Subsystem (IMS) – Merging The Internet and The
Cellular Worlds. Willey, 2004.
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[11] Mikoczy, Eugen. Next Generation of Multimedia Services – NGN based IPTV Architecture. NGNlab,
Department of Telecommunications, FEI, Slovak University of Technology. Department of Design and
Architecture of Applications, T-Com, Slovak Telekom, a.s. Bratislava, Eslovaquia. IWSSIP' 2008 - 15th
International Conference on Systems, Signals andd Image Processing, 2008.
[12] Bodzinga, Anne; White, Susan. Interworking IPTV Services with IMS. Lucent Technologies. NETWORKS'
2006 - 12th International Telecommunications Network Strategy and Planning Symposium Networks, 2006.
[13] Friedrich, Oliver; Seeliger, Robert; Arbanowski, Stefan. Interactive and Personalized Services for an Open
IMS-based IPTV Infraestructure. Fraunhofer Institute for Open Communication Systems, Berlin, Alemanha. ICN'
2008 - 7th International Conference on Networking, 2008.
[14] Zahid, Md; Qadeer, Mohamed A; Iqbal, Arshad. Deployment of IPTV over IMS Architecture. Department of
Computing Engineering, Aligarth Muslim University, Aligarth, India. 15th International Conference on High
Performance Computing, 2008.
[15] Mikoczy, Eugen; Sivchenko, Dmitry; Xu, Bangman; Moreno, Jose I. IPTV Services over IMS: Architecture
and Standardization. Slovak Telekom, Deutsche Telekom e University Carlos III de Madrid. IEEE
Communications Magazine, Maio, 2008.
[16] Mikoczy, Eugen; Sivchenko, Dmitry; Rakocevic, Veselin. IMS based IPTV Services – Architecture and
Implementation. Mobimedia' 2007 - 3rd International Mobile Multimedia Communications Conference, 2007.
REFERÊNCIAS
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Fertilization of IMS and IPTV Services Over NGN. Fraunhofer Institute FOKUS, Technical University, Berlin,
Alemanha. INGN' 2008 – Innovations in NGN: Future Network and Services. 1st ITU-T Kaleidoscope Academic
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[18] Vingarzan, Dragos; Weik, Peter. IMS Signaling over Current Wireless Networks: Expirements Using the
Open IMS Core. FOKUS Fraunhofer-Institute for Open Communications Systems, Berlin, Alemanha. IEEE
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Telecommunication and TV Services over NGN. International Journal of Digital Multimedia Broadcasting. 2008.
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EBU R37-2006, European Broadcasting Union (EBU). 2006.
[22] ETSI TS 182 027 (Draft) – Telecommunications and Internet Converged Services and Protocols for
Advanced Networking (TISPAN); IPTV Architecture; IPTV Functions Supported by the IMS Subsystem. ETSI.
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[23] Gartner Hype Cycle para a Indústria de Telecomunicações, 2008.
REFERÊNCIAS
