Введение в конвергенцию ФМС

В эпоху конкуренции основные интересы сетевых операторов опре-

деляются поиском новых технологических и рыночных возможностей с

тем, чтобы предложить абонентам всеобъемлющие решения и услуги. Для

операторов фиксированных и мобильных сетей конвергенция обоих типов

сетей позволяет операторам стать провайдерами полного набора услуг. Со-

четание обеих сетей – фиксированных и мобильных, дает возможность

предоставлять новые и традиционные услуги. Кроме того, этот путь позво-

ляет снизить эксплуатационные затраты, используя единые ресурсы, такие

как транспорт и единую систему эксплуатации, администрации и менедж-

мента. В условиях конкуренции конвергенция ФМС (Fixed and Mobile Convergence,

FMC) дает операторам возможность сделать шаг вперед в вопро-

сах цен и услуг. Реализация конвергенции ФМС ведет к появлению нового рынка с уникальными услугами и высоким потенциалом доходов. В документах Европейского института стандартизации телекоммуни-каций (ETSI) определяются следующие особенности процесса конверген-ции фиксированных и мобильных сетей. Конвергенция ФМС связана с обеспечением сетевых и сервисных возможностей, не зависящих от технологии доступа. Это не обязательно предполагает физическую конвергенцию сетей и определяет развитие кон-вергируемых сетевых возможностей и соответствующих стандартов. Набор стандартов может быть использован для предложения ряда не-противоречивых услуг через фиксированный или подвижный доступ к фик-сированным или мобильным сетям, сетям общего пользования или част-ным сетям. Важной особенностью конвергенции ФМС является обеспечение возможностей пользователей получить доступ к непротиворечивому набо-ру услуг с любых терминалов – фиксированных или мобильных – через любую совместимую точку доступа. Очень важным является расширение этого принципа на роуминг в Интернет: пользователи должны быть в со-стоянии осуществить роуминг между различными сетями и использовать тот же непротиворечивый набор услуг как в «домашних», так и в «визит-ных» сетях. Это свойство рассматривается как возможность создания «вир-туальной домашней среды» (Virtual Home Environment, VНЕ). Главной движущей силой конвергенции в телекоммуникациях явля-ется конвергенция сетевых технологий. Конвергенция сетей обеспечивает объединение наиболее ценных качеств фиксированных и мобильных сетей, уменьшая стоимость и улучшая качество предлагаемых услуг. На началь-ном этапе конвергенции этот процесс определялся конвергенцией фикси-рованных сетей (VoIP). С ростом зрелости технологий и развитием рынков и бизнес-моделей конвергенция ФМС становится реальной. Сравнительно недавно сети для предоставления телефонных услуг (беспроводные и про-водные), передачи данных и кабельного ТВ существовали отдельно. Реше-ния для сетей следующего поколения (Next Generation Network, NGN) от-крывают новые возможности повышения эффективности. В сетях NGN се-ти имеют уровневую структуру с выделенными уровнями услуг, контроля, транспорта и доступа. Наиболее значимым достоинством уровневой архи-тектуры является возможность построения конвергентной сети для всех типов доступа, поскольку такая архитектура улучшает качество услуг и обеспечивает эффективное введение новых мультимедийных приложений. Мотивация абонентов. Преимущество от конвергенции мобильных и фиксированных сетей получает конечный пользователь. С точки зрения абонента наибольшую важность имеет широкий спектр услуг в единой сети для фиксированных и мобильных соединений.

Мобильность в телекоммуникациях проявляется в трех аспектах – терминальная мобильность, мобильность услуг и персональная мобиль-ность: · терминальная мобильность позволяет абоненту использовать свой терминал (телефон или ПК) в любом месте – дома, на работе или во время путешествия в другой стране; · мобильность услуг предоставляет абоненту устойчивый набор ус-луг, независимо от типа доступа или места расположения. Услуги должны быть «одинаковыми на вид и на ощупь» даже в различных сетях; · персональная мобильность означает возможность достижимости абонента в любом месте по его личному номеру. Абонент может опреде-лить несколько профилей достижимости (в частной жизни, на работе) и из-менять этот профиль по желанию с любого терминала. Мотивация операторов. Оператор может использовать конверген-цию для достижения преимущества над своими конкурентами, уменьшая отток абонентов и привлекая новых пользователей. Формирование набора услуг делает возможным фокусироваться на определенных сегментах поль-зователей путем предложения пакета привлекательных услуг, ориентиро-ванного на абонентов определенной группы (частных и корпоративных). Таким образом, конвергенцию ФМС можно рассматривать как основу стратегии для завоевания новых абонентов путем создания новых иннова-ционных продуктов. Предложение унифицированных процедур для активизации и деакти-визации услуг, процессов оплаты и других эксплуатационных и сетевых управленческих процессов ведет к более эффективному управлению сетью. Благодаря синергетическому эффекту можно снизить инвестиции в аппа-ратное и программное обеспечение, например, инвестиции в интеллекту-альные платформы, биллинг, и другое оборудование. Возможно также зна-чительное снижение затрат на техническое обслуживание благодаря более эффективному использованию персонала. 3.6.2. Архитектура сетей на базе платформы IMSА. Основные свойства платформы для конвергенции ФМС

Главной движущей силой конвергенции в телекоммуникациях явля-ется конвергенция сетевых технологий. Конвергенция сетевых технологий обеспечивает объединение наиболее ценных качеств фиксированных и мо-бильных сетей, уменьшая стоимость и улучшая качество предлагаемых ус-луг. На начальном этапе конвергенции этот процесс определялся конвер-генцией фиксированных сетей (VoIP). С ростом зрелости технологий и раз-витием рынков и бизнес-моделей становится реальной конвергенция ФМС. Сравнительно недавно сети для предоставления телефонных услуг (бес-проводные и проводные), передачи данных и кабельного ТВ существовали отдельно. Решения для сетей следующего поколения (Next Generation Net-

work, NGN) являются более эффективным путем построения конвергент-ных сетей. Одним из основных свойств NGN является уровневая архитек-тура с выделенными уровнями услуг, контроля, транспорта и доступа. Наи-более значимым достоинством такой архитектуры является возможность построения конвергентной сети для всех типов доступа, поскольку уровне-вая конструкция обеспечивает эффективное введение новых мультимедий-ных приложений. Идея построения сетей с уровневой архитектурой получила полное отражение в разработке платформы IMS (Internet Multimedia Subsystem), лежащей в основе мультисервисной уровневой архитектуры. Платформа IMS, стандартизованная организацией 3GPP, представляет собой подсисте-му, поддерживающую мультимедийные сеансы связи с использованием протокола SIP. Подсистема IMS является общей базой для мультимедий-ных услуг, доставляющей эти услуги через фиксированные и беспроводные среды доступа, такие как фиксированные сети, сети Wi-FI и WiMAX, GSM, UMTS и др. Подсистема IMS с применением протокола SIP позволяет вве-дение услуг IP, включая VoIP, IPTV и других мультимедийных услуг. Платформа IMS разрабатывается для поддержки новых сервисов IP через фиксированные или мобильные сети. Множество сервисов IP должно учитывать сложность мультимедийных услуг, ограничения, присущие се-тевым технологиям, управление мобильностью и управление большим чис-лом новых приложений. Хотя платформа IMS была разработана для мо-бильных сетей, последние разработки ETSI показывают возможность при-менения этой платформы в фиксированных сетях и, как следствие, для кон-вергенции ФМС. Как было отмечено, платформа IMS может использовать протокол SIP для управления мультимедийными сеансами связи в фиксированных и мобильных сетях. В противоположность отдельным доменам с коммутаци-ей каналов (КК) и коммутацией пакетов (КП) домен IMS обеспечивает лю-бой тип сеанса, который должен быть установлен (речь, видео, текст, дан-ные и т.д.). Платформа также обеспечивает возможность комбинации услуг из доменов КК и КП в одном сеансе (например, добавление видеокомпо-нента в проходящий голосовой сеанс). Это свойство платформы открывает возможность реализации новых услуг, включая и мультимедийные конфе-ренции. По существу, концепция IMS возникла в результате эволюции сетей UMTS, когда область управления мультимедийными вызовами и сеансами на базе протокола SIP была добавлена к архитектуре сетей 3G. Среди основных свойств архитектуры IMS выделим следующие:

· многоуровневая архитектура сети, которая разделяет уровни транспорта, управления и приложений;

· независимость от среды доступа, которая позволяет операторам и сервис-провайдерам конвергировать фиксированные и мобильные сети;

· поддержка мультимедийного персонального обмена информацией в реальном времени (например, голос, видеотелефония) и аналогичного обмена информацией между людьми и компьютерами (например, игры);

· полная интеграция мультимедийных приложений реального и не-реального времени (например, потоковые приложения и чаты);

· возможность взаимодействия различных видов услуг (например, услуга управления присутствием и услуга Instant Messaging – обмен сооб-щениями через сеть Интернет в реальном времени);

· возможность поддержки нескольких служб в одном сеансе или ор-ганизации нескольких одновременных синхронизированных сеансов.

Б. Стандартизация IMS Концепция IMS в ее настоящем виде является, главным образом, ре-зультатом работ трех международных организаций по стандартизации – 3GPP, 3GPP2 и ETSI. Партнерство 3GPP было создано в конце 1998 г. по инициативе института ETSI с целью разработка технических спецификаций и стандартов для мобильных сетей связи 3-го поколения (сетей UMTS), ба-зирующихся на развивающихся сетях GSM. Партнерство 3GPP2 было обра-зовано (1998) также по инициативе ETSI и Международного союза элек-тросвязи для разработки стандартов сетей 3G (сети CDMA-2000) в рамках проекта IMT-2000, созданного под эгидой МСЭ. Оба партнерства разраба-тывают стандарты сетей 3G, ориентируясь на широкое применение IP-ориентированных протоколов, стандартизованных Комитетом IETF и ис-пользуя основные идеи архитектуры сетей NGN. Впервые концепция IMS была представлена в документе 3GPP Re-lease 5 (2002), где была сформулирована основная цель новой концепции – поддержка мультимедийных услуг в мобильных сетях на базе протокола IP, и были специфицированы механизмы взаимодействия мобильных сетей 3G на базе архитектуры IMS с беспроводными сетями 2G. В этом документе было определено, что архитектура сетей 3G в соответствии с концепцией IMS будет иметь несколько уровней (плоскостей) с разделением по уров-ням транспорта, управления вызовами и приложений. Подсистема IMS должна быть полностью независима от технологий доступа и должна обес-печивать взаимодействие со всеми существующими сетями – мобильными и стационарными, телефонными, компьютерными и т.д. В спецификации Release 7, которая разрабатывалась совместно с ETSI, рассматривается взаимодействие мобильных и стационарных сетей, т.е. сделан первый реальный шаг в направлении конвергенции стационар-ных и мобильных сетей. Спецификация Release 7 добавляет две основные функции, которые являются ключевыми в стационарных сетях:

· функция Network Attachment, которая обеспечивает механизм ау-тентификации абонентов и необходима в стационарных сетях, поскольку в них отсутствуют SIM-карты идентификации пользователя;

· функция Resource Admission, резервирующая сетевые ресурсы в стационарных сетях для обеспечения сеансов связи.

Работы, направленные на расширение концепции IMS на стационар-ные сети, проводятся Комитетом ETSI-TISPAN (Telecommunications and In-ternet converged Services and Protocols for Advanced Networking). Комитет TISPAN также отвечает за стандартизацию современных и перспективных конвергируемых фиксированных и мобильных сетей на базе IMS, включая сети VoIP, NGN. В. Архитектура IMS В документах 3GPP (2004) IMS определяется как архитектура, со-держащая в ядре сети элементы, обеспечивающие доставку мультимедий-ных IP-услуг (аудио, видео, текст, и т.д. и их комбинации) через домен с пакетной коммутацией. Термин «подсистема» (subsystem) в названии кон-цепции IMS (которая может быть переведена как «Подсистема IP-ориентированной мультимедийной связи») можно трактовать как название части сети, элементы которой расположены на плоскости управления вы-зовами, между плоскостями транспорта и приложений. На рис. 3.8 показана сеть, имеющая многоуровневую архитектуру, которая включает в себя три уровня – транспортный, управления и услуг. Подсистема мультимедийной связи расположена на уровне управления, который является основным в архитектуре IMS. На рис. 3.8 также показаны основные элементы платфор-мы IMS, которые определяются не как устройства (что характерно для тра-диционных сетей), а как логические функции. Это открывает для постав-щиков оборудования возможность реализации функций подсистемы IMS в зависимости от требований оператора.

Рис. 3.8. Архитектура IMS Примечание: АТ – абонентский терминал; БС – базовая станция; КБС – контрол-лер базовой станции; КРС – контроллер радиосети; БЛС – беспроводная локальная сеть; СП – сервер приложений; СРД – сеть радиодоступа; SGSN – Serving GPRS Support Node, GGSN – Gateway GPRS Support Node – функциональные элементы сети GPRS. Дадим краткую характеристику основных модулей, входящих в плос-кости управления и приложений. Плоскость управления. Новым ключевым элементом в архитектуре IMS является функция управления вызовами и сеансами (Call Session Con-trol Function, CSCF). Функция CSCF является основной функцией на плос-кости управления IMS-платформы. Модуль CSCF, используя протокол SIP, выполняет функции, обеспечивающие доставку множества услуг реального времени с использованием транспорта IP. Функция CSCF использует дина-мическую информацию для эффективного управления сетевыми ресурсами (граничные устройства, шлюзы и серверы приложений) в зависимости от профиля пользователей и приложений. Модуль CSCF включает в свой состав три основных функции:

· Serving CSCF (S-CSCF),

· Proxy CSCF (P-CSCF),

· Interrogating CSCF (I-CSCF)

Функция S-CSCF обеспечивает управление сеансами доставки муль-тимедийных сообщений с использованием транспорта IP, включая регист-рацию терминалов, двухстороннее взаимодействие с сервером HSS (полу-чение от него пользовательских данных), анализ сообщения, маршрутиза-цию, управление сетевыми ресурсами (шлюзами, серверами, пограничны-ми устройствами) в зависимости от приложений и профиля пользователя.

Функция P-CSCF создает первую контактную точку на сигнальном уровне внутри ядра IMS для терминалов IMS данной сети. Функция P-CSCF принимает запрос от терминала или к терминалу и маршрутизирует его к элементам ядра IMS. Обслуживаемый терминал пользователя закреп-ляется за функцией P-CSCF при регистрации в сети на все время регистра-ции. Модуль P-CSCF реализует функции, связанные с аутентификацией пользователя, формирует учетные записи и передает их в сервер начисле-ния платы. Одним из элементов модуля P-CSCF является Policy Decision Function (PDF) – функция выбора политики, оперирующая с характеристи-ками информационного трафика (такими, как требуемая пропускная спо-собность, пачечность) и определяющая возможность организации сеанса или его запрета, необходимость изменения параметров сеанса и т.д. Функция I-CSCF создает первую контактную точку на сигнальном уровне внутри ядра IMS для всех внешних соединений с абонентами дан-ной сети или с визитными абонентами из других сетей, временно находя-щимися в данной сети. Основная задача модуля I-CSCF – идентификация привилегий внешнего абонента по доступу к услугам, выбор соответст-вующего сервера приложений и обеспечение доступа к этому серверу. Еще один ключевой элемент архитектуры IMS – сервер домашних абонентов (HSS, Home Subscriber Server). Как и хорошо известный элемент сетей GSM – сервер HLR (Home Location Register), этот сервер является ба-зой пользовательских данных. Сервер HSS обеспечивает открытый доступ в режиме чтения/записи к индивидуальным данным пользователя, связан-ным с услугами. Доступ к данным пользователя обеспечивается из различ-ных точек окончания, таких как телефон, приложения Web и SMS, телеви-зионные приставки типа set-top box и т.д. В сервере HSS реализуется также функция SLF (Subscription Locator Function), которая определяет положение базы данных, содержащей данные конкретного абонента, в ответ на запрос от модуля I-CSCF или от сервера приложений. Наконец, в состав сервера HSS входят модули HLR и AuC (Authentication Center) для работы с сетями 2G. Взаимодействие сервера HSS с другими элементами платформы IMS показано на рис. 3.9. Сервер HSS в среде IMS действует как открытая база данных для всех данных о каждом пользователе и об услугах, задейство-ванных абонентом: на какие услуги подписан пользователь, активизирова-ны ли эти услуги, какие параметры управления были установлены пользо-вателем. Платформа IMS является первой стандартной архитектурой, кото-рая поддерживает открытые интерфейсы ко всем данным пользователя. Наличие открытых интерфейсов позволяет различным серверам приложе-ний совместно использовать информацию об абоненте, например такую, как статус присутствия. Введение сервера HSS является основным отличи-ем архитектуры IMS от более ранних архитектур NGN. Именно этот сервер создает возможности развертывания новых услуг на базе архитектуры IMS.

Рис. 3.9. Взаимосвязь сервера HSS с другими элементами платформы IMS Еще два функциональных модуля на плоскости управления обеспе-чивают управление мультимедийными информационными потоками. Пер-вый из этих модулей, MSFP (Multimedia Resource Function Processor) – процессор мультимедийных ресурсов, обеспечивает широкий набор функ-ций для поддержки мультимедийных сеансов, в том числе конфигурирова-ние ресурсов, смешивание различных медиапотоков (например, от не-скольких абонентов), генерацию мультимедийных объявлений, обработку мультимедийных потоков. Второй связанный модуль MSFC (Media Re-source Function Controller) – контроллер функции мультимедийных ресур-сов, анализирует информацию, приходящую из AS и S-CSCF, и управляет информационными потоками в MSFP. Функция BGCF (Breakout Gateway Control Function) – функция управления шлюзами управляет пересылкой вызовов между доменом ком-мутации каналов (сеть ТфОП или сеть GSM) и сетью IMS. Данный модуль осуществляет маршрутизацию на основе телефонных номеров и выбирает шлюз в домене коммутации каналов (КК), через который сеть IMS (где расположен сервер BGCF) будет взаимодействовать с сетями ТфОП или GSM. Здесь также производится генерация соответствующих учетных за-писей для начисления платы абонентам сетей КК. Функция MGCF (Media Gateway Control Function) – функция управ-ления шлюзами (media gateway), обеспечивает преобразование протокола ISUP и протоколов управления вызовами в подсистеме IMS. Кроме того, этот модуль обеспечивает управление соединениями в шлюзах IMS, кото-рые терминируют потоки из доменов КК и КП.

Плоскость приложений (услуг). Верхний уровень эталонной архитек-туры IMS содержит набор серверов приложений, которые, в принципе, не являются элементами IMS. Эти элементы верхней плоскости включают в свой состав как мультимедийные IP-приложения, базирующиеся на прото-коле SIP, так приложения, реализуемые в мобильных сетях на базе вирту-альной домашней среды. Еще один элемент плоскости приложений – сер-вис-брокер SCIM (Service Capability Interaction Manager), обеспечивающий управление взаимодействием плоскости приложений и ядра IMS. Архитектура приложений IMS достаточно сложна, но ключевым мо-ментом здесь является высокая гибкость при создании новых приложений и интеграции с традиционными приложениями. Например, среда пересыл-ки сообщений может интегрировать традиционные свойства телефонного вызова, такие как обратный вызов, ожидание вызова, с вызовом Интернет. Чтобы реализовать эти функции архитектура IMS позволяет запустить множество услуг и управлять транзакциями между ними. Г. Архитектура ETSI-TISPAN Как уже было отмечено выше, вопросы расширения концепции IMS на стационарные сети следующего поколения и создание соответствующих стандартов прорабатываются в Комитете TISPAN, ETSI. Второе направле-ние работы TISPAN – создание стандартов для конвергенции стационарных и мобильных сетей. На рис. 3.10 представлена эталонная архитектура сетей следующего поколения, предложенная TISPAN в спецификации Release 1. Как видно из рисунка, предлагаемая архитектура является достаточно сложной. Однако следует иметь ввиду, что TISPAN разрабатывает концеп-цию NGN в широком смысле, которая включает в себя не только элементы IMS. Как и архитектура IMS, описанная выше, архитектура TISPAN явля-ется многоуровневой. В левом нижнем углу рис. 3.10 расположены конеч-ные пользователи, в нижней части рисунка, соответствующей транспорт-ной плоскости, представлены сети доступа (стационарные и мобильные) и транспортная IP-сеть; в правой части – межсетевые интерфейсы и шлюзы (показана только сеть ТфОП). В верхней части рисунка на плоскости управления услугами показаны несколько доменов с услугами, например, потоковые и интерактивные мультимедийные услуги. В центральной части рисунка расположено ядро IMS, основными функциями которого является управление вызовами и доступом к ресурсам. Здесь также расположены определенные в 3GPP Release 7 подсистема Network Attachment, которая обеспечивает аутентификацию пользователя в среде IP и его авторизацию, определение местоположения абонента в случае срочных вызовов и т.д., и подсистема Resource Admission, управляющая ресурсами в стационарных сетях.

Рис. 3.10. Эталонная архитектура TISPAN IMS Одним из наиболее важных результатов работы группы TISPAN яв-ляется определение двух новых подсистем услуг в архитектуре IMS – под-системы эмуляции сети ТфОП/ISDN (PSTN/ISDN Emulation) и подсистемы имитации сети ТфОП/ISDN (PSTN/ISDN Simulation). Идея эмуляции ТфОП на базе платформы IMS состоит в том, что в сети NGN формируется набор услуг, которые с точки зрения пользователя полностью соответствуют ус-лугам сети ТфОП. Это означает, что для пользователя ТфОП ничего не ме-няется, хотя он и подключен к инфраструктуре IP. В случае эмуляции поль-зователь может использовать любые типы терминалов, в том числе и стан-дартный телефонный аппарат. Имитация PSTN/ISDN обеспечивает услуги, которые, в общем, близ-ки по своим свойствам услугам сетей ТфОП/ISDN, но имеющие опреде-ленные отличия в деталях. Например, в этом случае имеется возможность использовать большое число новых типов терминальных устройств, пред-лагать новые свойства, но при этом отсутствует возможность подключения к сети традиционных телефонных терминалов. Имитация сети ТфОП/ISDN может рассматриваться, скорее, как эволюция традиционных сетей к сетям NGN, чем точное воспроизведение услуг ТфОП/ISDN. Обсуждая особенно-сти обеих подсистем с позиций операторов и сервис-провайдеров, можно говорить о появлении двух возможных стратегий миграции к сетям NGN. В целом следует отметить, что новые спецификации TISPAN представляют собой серьезный шаг в развитии концепции IMS в направлении стационар-ных сетей, но полная стандартизация конвергируемых стационарных и мо-бильных сетей на базе архитектуры IMS еще впереди.

ВыводыРассматриваются вопросы конвергенции в телекоммуникациях при-менительно к фиксированным и мобильным сетям. В качестве примера конвергенции фиксированных сетей описана технология VoIP и ее реали-зации на базе рекомендации Н.323 (МСЭ) и протокола SIP (IETF). Дается характеристика качества обслуживания в системах VoIP и приводится де-тальный анализ факторов, влияющих на показатели QoS при пакетной пе-редаче речи. Рассматриваются принципы построения систем IPTV и про-блема конвергенции фиксированных и мобильных сетей (FMC). Описана архитектура конвергенции ФМС на платформе Internet Multimedia Subsys-tem (IMS).