سیستم IMS چیست؟ امکان فراهم کردن سیستم چند رسانه ای اینترنتی با استفاده از این سیستم

IMS‌ زیر سیستمی از شبکه های نسل آینده (NGN) است که امکان فراهم آوردن سرویس‌های چندرسانه‌ای (مالتی مدیا) اینترنتی مانند ویدئو کنفرانس و VoIP (ویپ) را از طریق شبکه‌های بیسم بی‌سیم (مانند 3G و GPRS و وایمکس) و یا کابلی (مانند ADSL) فراهم می‌آورد.

پیدایش IMS

رویکرد کنونی در مخابرات نوین حرکت به سوی استفاده از پروتکل IP به عنوان پروتکلی برای همگرایی شبکه‌های گوناگون است که همین رویکرد هدف اصلی ابداع این پروتکل نیز می باشد. گسترش استفاده از پروتکل IP در شبکه‌های بیسیم سلولی باعث گردید که کمیته 3GPP که ترکیبی از کمیته‌های مخابراتی مانند کمیته‌های ETSI از اروپا، ARIB از ژاپن و … است، در ویرایش 5 از شبکه نسل سوم UMTS زیرسیستم IMS را معرفی کند. مزایای استفاده از زیر سیستم مالتی مدیای IMS باعث گردیده است که استفاده از این زیرسیستم در شبکه‌های باند وسیع ثابت مانند ADSL نیز مورد توجه قرار گیرد. در حال حاضر IMS میتواند با وایمکس و وای فای و در کل هر نوع شبکه دسترسی باند وسیع کار کند.

رابطه IMS و شبکه نسل آینده (NGN)

در سال 2002 سازمان ITU-T گروه تمرکز بر شبکه‌های نسل آینده (NGN-FG) را ایجاد کرد که وظیفه مطالعه و پیشبرد استفاده از IMS در شبکه های بیسم و کابلی نسل آینده را بر عهده دارد. در اروپا، ETSI کمیته فنی سرویس‌های همگرای مخابراتی و اینترنت و پروتکل‌ها برای شبکه‌های پیشرفته (TISPAN) را در سال 2001 برای استاندارد کردن استفاده از IMS در شبکه‌های سیمی به وجود آورد. این کمیته‌ها نحوه تطبیق IMS بر شبکه‌‌های کابلی را در قالب شبکه‌های نسل آینده و یا اصطلاحا NGN معرفی کرده‌اند. بنابراین برای درک ساختار NGN‌ مطالعه زیرسیستم IMS‌ مفید می‌باشد.

معرفی زیر سیستم مالتی مدیا (IMS)

IMS زیرسیستمی است که به شبکه‌های سلولی اضافه شده است تا ایجاد، کنترل و مدیریت نشست‌های چندرسانه‌ای سوئیچ پاکتی را ممکن سازد. IMS‌ برای انجام این کار از پروتکل SIP استفاده می‌کند. همچنین IMS تعامل با شبکه‌های قدیمی مانند PSTN‌ را نیز مد نظر دارد. برای تعامل با این شبکه‌ها از دروازه‌های رسانه (Media Gateway که در بازار VoIP Gateway هم نامیده می شود) استفاده می کند که مسئول نگاشت ارتباطات سوئیچ پاکتی بر روی کانال‌های سوئیچ مداری هستند.

در مجموع IMS دارای قابلیت پشتیبانی از موارد زیر است:

• پشتیبانی از ایجاد نشست‌های چندرسانه‌ای IP (مالتی مدیا). مثلا IMS میتواند تماسهای VoIP و یا ویدئو کنفرانس برقرار کند.
• پشتیبانی از مکانیسم‌های مذاکره و کنترل QoS
• پشتیبانی از تعامل با شبکه‌های IP و شبکه‌های سوئیچ مداری
• پشتیبانی از رومینگ
• پشتیبانی از کنترل موثر اپراتور بر سرویس‌هایی که به کاربر ارائه می‌گردند.
• پشتیبانی از ایجاد سریع و ساده سرویس‌های مختلف بدون نیاز به استاندارد‌سازی
• پشتیبانی از روش‌های دسترسی مختلف (از نسخه 6 شبکه UMTS‌ به بعد در نظر گرفته شده است)

پروتکل های IMS

در IMS‌ از پروتکل‌های مختلفی استفاده می‌شود که مهم ترین آن‌ها عبارتند از:

• پروتکل SIP برای کنترل نشست‌های چندرسانه‌ای
• پروتکل Diameter برای تأمین شناسایی، صدور مجوز و حسابرسی (AAA). این پروتکل تکامل یافته پروتکل Radius محسوب می‌شود.
• پروتکل ‍COPS برای انتقال سیاست‌ها بین نقاطع تصمیم‌گیری سیاست (PDP) و نقاطع اعمال سیاست (PEP)
• H.248 برای انتقال سیگنالینگ بین کنترل کننده دروازه رسانه (MGC) و دروازه رسانه (MGW).
• RTP و RTCP برای انتقال ترافیک بلادرنگ

ساختار شبکه IMS

شکل زیر ساختار IMS را نشان می‌دهد. اجزاء نشان داده شده در شکل اجزاء منطقی و نه لزوماً فیزیکی هستند. معمولاً سازندگان چندین واحد کارکردی را در یک واحد فیزیکی پیاده‌سازی می‌کنند. توجه کنید اکثر واحدهای IMS در شبکه نسل آینده NGN در لایه سرویس قرار گرفته‌اند. با این وجود دروازه رسانه (MGW) در شبکه NGN جزء لایه انتقال محسوب می‌گردد. در ادامه به بررسی اجزاء IMS می‌‌پردازیم.

پایگاه‌های داده IMS:

در IMS دو نوع پایگاه داده برای کاربر در نظر گرفته شده است:

1. HSS: پایگاه داده مرکزی برای اطلاعات کاربران است. HSS‌ در واقع تکامل یافته HLR در شبکه GSM‌ محسوب می‌گردد. اطلاعات مورد نیاز برای تأمین امنیت کاربران (شناسایی و رمزنگاری)، اطلاعات موقعیت کاربران و پروفایل کاربران (سرویس‌های که کاربر مشترک آن‌ها است) می‌باشد. ممکن است شبکه شامل یک یا چند HSS باشد. انتخاب تعداد HSS ها به سیاست‌های اپراتور و تعداد کاربران بستگی دارد.
2. SLF: در صورتی که در شبکه از چندین HSS استفاده شود، لازم است HSS‌ سرویس دهنده به هر کاربر مشخص باشد. نگاشت HSS‌ به کاربران در SLF ذخیره می‌شود. اگر گره‌ای در IMS به اطلاعات کاربران نیاز داشته باشد، آدرس کاربر را به SLF‌ ارسال می‌کند و آدرس HSS‌ سرویس دهنده را دریافت می‌کند. در شبکه‌هایی که تنها یک HSS‌ دارند، به استفاده از SLF نیازی نیست.

کنترل‌ کننده‌های تماس/نشست در IMS:

این گره‌ها در واقع سرورهای SIP هستند و از واحدهای اصلی IMS محسوب می‌گردند. سه نوع کنترل کننده تماس/نشست وجود دارد:

• P-CSCF: اولین نقطه تماس IMS‌ با کاربر محسوب می‌شود. با این معنا که تمام درخواست‌ها کاربر ابتدا به دست این واحد می‌رسد. این واحد وظایف امنیتی مانند شناسایی کاربر از طریق با HSS، ایجاد تونل امن IPsec و تأیید اعتبار پیام‌های دریافتی از کاربر را برعهده دارد. ممکن است این واحد پیام‌های SIP‌ دریافت شده از کاربر را فشرده‌سازی نیز کند. اعمال سیاست‌های شبکه از طریق ارتباط این گره و PDP ممکن است.
• I-CSCF: یک سرور SIP است که در مرز شبکه با شبکه‌های خارجی پیاده‌سازی می‌شود. زمانی که قرار است یک ارتباط بین دو کاربر که در دو دامنه مختلف قرار دارند، برقرار شود، سرور SIP واقع در شبکه خارجی با I-CSCF تماس می‌گیرد. I-CSCF علاوه بر وظایف معمول سرورهای SIP، با HSS و SLF‌ ارتباط برقرار می‌کند تا آدرس سرور SIP که به کاربر سرویس می‌دهد را بدست آورد و به این ترتیب پیام‌های SIP‌ به صورت مناسب مسیریابی خواهند شد. همچنین این سرور وظیفه پنهان‌سازی توپولوژی شبکه از دید شبکه‌های خارجی را نیز برعهده دارد. معمولاً هر شبکه دارای چندین I-CSCF است.
• S-CSCF: سرور SIP است که وظیفه کنترل نشست را برعهده دارد. تمام پیام‌های SIP کاربر از S-CSCF عبور می‌کنند و این واحد تشخیص می‌دهد که در چه موارد باید پیام‌ها به سرورهای کاربرد ارسال شوند. مسیریابی یکی از وظایف مهم این واحد است. زمانی که کاربر به جای URI از یک شماره تلفن برای ارتباط استفاده می‌کند، S-CSCF وظیفه ترجمه شماره تلفن را برعهده دارد.

سرورهای کاربرد (Application Servers):

سرویس‌ها را در بردارد و اجرا می‌کند. AS می‌تواند به عنوان یک عامل کاربر (SIP UA)، به صورت یک پروکسی و یا به صورت دو عامل کاربر عمل کند. سه نوع AS وجود دارد:

• SIP AS: سرور کاربرد اصلی SIP است و سرویس‌های چندرسانه‌ای روی آن پیاده‌سازی می‌شود.
• OSA-SCS: ارتباط با سرور کاربرد OSA‌ را فراهم می‌آورد. این گره از طرف S-CSCF به عنوان یک سرور کاربرد و از طرف رابطی بین سرور کاربرد OSA و OSA API دیده می‌شود.
• IM-SSF: برای استفاده دوباره از CAMEL در IMS است.

Media Resource Function و یا MRF:

به شبکه خانگی اجازه پخش اعلام‌ها، میکس کردن جریان‌های رسانه (مثلاً در ارتباط کنفرانسی)، تبدیل Codecها و بدست آوردن آمار و آنالیز جریان‌های داده، می‌دهد. MRF به دو واحد زیر تقسیم می‌شود:

• MRCF: مانند یک عامل کاربر SIP با S-CSCF‌ ارتباط دارد و MRFP را کنترل می‌کند.
• MRFP تمامی وظایف نظیر میکس کردن جریان‌ها و تبدیل Codec ها در این بخش انجام می‌شود.

Border Gateway Control Function و یا BGCF:

یک سرور SIP است که مسیریابی بر اساس شماره‌های تلفن را نیز در بر دارد. BGCF‌ تنها در مواقعی استفاده می‌شود که لازم باشد تماسی بین کاربر IMS و کاربری در شبکه PSTN برقرار شود. دو وظیفه اصلی این واحد عبارتند از:

• انتخاب شبکه‌ مناسبی که تعامل با شبکه‌ PSTN در آن روی خواهد داد
• انتخاب دروازه مناسب برای ارتباط با PSTN در صورتی که تعامل با PSTN در شبکه حاوی PGCF روی دهد.

دروازه PSTN و شبکه‌های سوئیچ مداری:

به سه قسمت زیر تقسیم می‌شود:

• SGW: وظیفه انتقال سیگنالینگ بین شبکه IMS و شبکه PSTN‌ را برعهده دارد. SGW پروتکل‌ ISUP و یا BICC را به جای انتقال بر روی MTP بر روی SCTP/IP منتقل می‌کند.
• MGWC: قسمت اصلی دروازه شبکه PSTN است و وظیفه تبدیل پروتکل SIP به پروتکل‌ ISUP و یا BICC را برعهده دارد. این واحد منابع دروازه رسانه را نیز کنترل می‌کند. ارتباط MGWC و MGW با پروتکل H.248 برقرار می‌شود.
• MGW: دروازه رسانه ترافیک IMS‌ را که به صورت سوئیچ پاکتی بر روی RTP دریافت کرده است، بر روی شیارهای زمانی TDM ارسال می‌کند. ممکن است این واحد عمل تبدیل کدینگ نیز در صورتی که ترمینال‌ها کدینگ‌های یکدیگر را پشتیبانی نکنند، انجام دهد.