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

IMS‌ زیر سيستمي از شبکه های نسل آینده (NGN) است كه امكان فراهم آوردن سرويس‌هاي چندرسانه‌اي (مالتی مدیا) اينترنتي مانند ویدئو کنفرانس و VoIP (ویپ) را از طريق شبكه‌هاي بیسم بي‌سيم (مانند 3G و GPRS و وایمکس) و یا کابلی (مانند ADSL) فراهم مي‌آورد.

پیدایش IMS

رويكرد كنوني در مخابرات نوین حرکت به سوي استفاده از پروتكل IP به عنوان پروتكلي براي همگرايي شبكه‌هاي گوناگون است که همین رویکرد هدف اصلي ابداع اين پروتكل نیز می باشد. گسترش استفاده از پروتكل IP در شبكه‌هاي بیسیم سلولي باعث گرديد كه كميته 3GPP كه تركيبي از كميته‌هاي مخابراتي مانند كميته‌هاي ETSI از اروپا، ARIB از ژاپن و … است، در ويرايش 5 از شبكه نسل سوم UMTS زيرسيستم IMS را معرفي كند. مزاياي استفاده از زیر سیستم مالتی مدیای IMS باعث گرديده است كه استفاده از اين زيرسيستم در شبكه‌هاي باند وسيع ثابت مانند ADSL نيز مورد توجه قرار گيرد. 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 تمركز بر شبكه‌هاي نسل آينده (NGN-FG) را ايجاد كرد كه وظيفه مطالعه و پيشبرد استفاده از IMS در شبکه های بیسم و کابلی نسل آينده را بر عهده دارد. در اروپا، ETSI كميته فني سرويس‌هاي همگراي مخابراتي و اينترنت و پروتكل‌ها براي شبكه‌هاي پيشرفته (TISPAN) را در سال 2001 براي استاندارد كردن استفاده از IMS در شبكه‌هاي سيمي به وجود آورد. اين كميته‌ها نحوه تطبيق IMS بر شبكه‌‌هاي کابلی را در قالب شبكه‌هاي نسل آينده و یا اصطلاحا NGN معرفي كرده‌اند. بنابراين براي درك ساختار NGN‌ مطالعه زيرسيستم IMS‌ مفيد مي‌باشد.

معرفی زیر سیستم مالتی مدیا (IMS)

IMS زيرسيستمي است كه به شبكه‌هاي سلولي اضافه شده است تا ايجاد، كنترل و مديريت نشست‌هاي چندرسانه‌اي سوئيچ پاكتي را ممكن سازد. IMS‌ براي انجام اين كار از پروتكل SIP استفاده مي‌كند. همچنين IMS تعامل با شبكه‌هاي قديمي مانند PSTN‌ را نيز مد نظر دارد. براي تعامل با اين شبكه‌ها از دروازه‌هاي رسانه (Media Gateway که در بازار VoIP Gateway هم نامیده می شود) استفاده می کند كه مسئول نگاشت ارتباطات سوئيچ پاكتي بر روي كانال‌هاي سوئيچ مداري هستند.

در مجموع IMS دارای قابلیت پشتيباني از موارد زير است:

• پشتيباني از ايجاد نشست‌هاي چندرسانه‌اي IP (مالتی مدیا). مثلا IMS میتواند تماسهای VoIP و یا ویدئو کنفرانس برقرار کند.
• پشتيباني از مكانيسم‌هاي مذاكره و كنترل QoS
• پشتيباني از تعامل با شبكه‌هاي IP و شبكه‌هاي سوئيچ مداري
• پشتيباني از رومينگ
• پشتيباني از كنترل موثر اپراتور بر سرويس‌هايي كه به كاربر ارائه مي‌گردند.
• پشتيباني از ايجاد سريع و ساده سرويس‌هاي مختلف بدون نياز به استاندارد‌سازي
• پشتيباني از روش‌هاي دسترسي مختلف (از نسخه 6 شبكه UMTS‌ به بعد در نظر گرفته شده است)

پروتکل های IMS

در IMS‌ از پروتكل‌هاي مختلفي استفاده مي‌شود كه مهم ترين آن‌ها عبارتند از:

• پروتكل SIP براي كنترل نشست‌هاي چندرسانه‌اي
• پروتكل Diameter براي تأمين شناسايي، صدور مجوز و حسابرسي (AAA). اين پروتكل تكامل يافته پروتكل Radius محسوب مي‌شود.
• پروتكل ‍COPS براي انتقال سياست‌ها بين نقاطع تصميم‌گيري سياست (PDP) و نقاطع اعمال سياست (PEP)
• H.248 براي انتقال سيگنالينگ بين كنترل كننده دروازه رسانه (MGC) و دروازه رسانه (MGW).
• RTP و RTCP براي انتقال ترافيك بلادرنگ

ساختار شبکه IMS

شكل زیر ساختار IMS را نشان مي‌دهد. اجزاء نشان داده شده در شكل اجزاء منطقي و نه لزوماً فيزيكي هستند. معمولاً سازندگان چندين واحد كاركردي را در يك واحد فيزيكي پياده‌سازي مي‌كنند. توجه كنيد اكثر واحدهاي IMS در شبكه نسل آینده NGN در لايه سرويس قرار گرفته‌اند. با اين وجود دروازه رسانه (MGW) در شبكه NGN جزء لايه انتقال محسوب مي‌گردد. در ادامه به بررسي اجزاء IMS مي‌‌پردازيم.

پايگاه‌هاي داده IMS:

در IMS دو نوع پايگاه داده براي كاربر در نظر گرفته شده است:

1. HSS: پايگاه داده مركزي براي اطلاعات كاربران است. HSS‌ در واقع تكامل يافته HLR در شبكه GSM‌ محسوب مي‌گردد. اطلاعات مورد نياز براي تأمين امنيت كاربران (شناسايي و رمزنگاري)، اطلاعات موقعيت كاربران و پروفايل كاربران (سرويس‌هاي كه كاربر مشترك آن‌ها است) مي‌باشد. ممكن است شبكه شامل يك يا چند HSS باشد. انتخاب تعداد HSS ها به سياست‌هاي اپراتور و تعداد كاربران بستگي دارد.
2. SLF: در صورتي كه در شبكه از چندين HSS استفاده شود، لازم است HSS‌ سرويس دهنده به هر كاربر مشخص باشد. نگاشت HSS‌ به كاربران در SLF ذخيره مي‌شود. اگر گره‌اي در IMS به اطلاعات كاربران نياز داشته باشد، آدرس كاربر را به SLF‌ ارسال مي‌كند و آدرس HSS‌ سرويس دهنده را دريافت مي‌كند. در شبكه‌هايي كه تنها يك HSS‌ دارند، به استفاده از SLF نيازي نيست.

كنترل‌ كننده‌هاي تماس/نشست در IMS:

اين گره‌ها در واقع سرورهاي SIP هستند و از واحدهاي اصلي IMS محسوب مي‌گردند. سه نوع كنترل كننده تماس/نشست وجود دارد:

• P-CSCF: اولين نقطه تماس IMS‌ با كاربر محسوب مي‌شود. با اين معنا كه تمام درخواست‌ها كاربر ابتدا به دست اين واحد مي‌رسد. اين واحد وظايف امنيتي مانند شناسايي كاربر از طريق با HSS، ايجاد تونل امن IPsec و تأييد اعتبار پيام‌هاي دريافتي از كاربر را برعهده دارد. ممكن است اين واحد پيام‌هاي SIP‌ دريافت شده از كاربر را فشرده‌سازي نيز كند. اعمال سياست‌هاي شبكه از طريق ارتباط اين گره و PDP ممكن است.
• I-CSCF: يك سرور SIP است كه در مرز شبكه با شبكه‌هاي خارجي پياده‌سازي مي‌شود. زماني كه قرار است يك ارتباط بين دو كاربر كه در دو دامنه مختلف قرار دارند، برقرار شود، سرور SIP واقع در شبكه خارجي با I-CSCF تماس مي‌گيرد. I-CSCF علاوه بر وظايف معمول سرورهاي SIP، با HSS و SLF‌ ارتباط برقرار مي‌كند تا آدرس سرور SIP كه به كاربر سرويس مي‌دهد را بدست آورد و به اين ترتيب پيام‌هاي SIP‌ به صورت مناسب مسيريابي خواهند شد. همچنين اين سرور وظيفه پنهان‌سازي توپولوژي شبكه از ديد شبكه‌هاي خارجي را نيز برعهده دارد. معمولاً هر شبكه داراي چندين I-CSCF است.
• S-CSCF: سرور SIP است كه وظيفه كنترل نشست را برعهده دارد. تمام پيام‌هاي SIP كاربر از S-CSCF عبور مي‌كنند و اين واحد تشخيص مي‌دهد كه در چه موارد بايد پيام‌ها به سرورهاي كاربرد ارسال شوند. مسيريابي يكي از وظايف مهم اين واحد است. زماني كه كاربر به جاي URI از يك شماره تلفن براي ارتباط استفاده مي‌كند، S-CSCF وظيفه ترجمه شماره تلفن را برعهده دارد.

سرورهای کاربرد (Application Servers):

سرويس‌ها را در بردارد و اجرا مي‌كند. AS مي‌تواند به عنوان يك عامل كاربر (SIP UA)، به صورت يك پروكسي و يا به صورت دو عامل كاربر عمل كند. سه نوع AS وجود دارد:

• SIP AS: سرور كاربرد اصلي SIP است و سرويس‌هاي چندرسانه‌اي روي آن پياده‌سازي مي‌شود.
• OSA-SCS: ارتباط با سرور كاربرد OSA‌ را فراهم مي‌آورد. اين گره از طرف S-CSCF به عنوان يك سرور كاربرد و از طرف رابطي بين سرور كاربرد OSA و OSA API ديده مي‌شود.
• IM-SSF: براي استفاده دوباره از CAMEL در IMS است.

Media Resource Function و یا MRF:

به شبكه خانگي اجازه پخش اعلام‌ها، ميكس كردن جريان‌هاي رسانه (مثلاً در ارتباط كنفرانسي)، تبديل Codecها و بدست آوردن آمار و آناليز جريان‌هاي داده، مي‌دهد. MRF به دو واحد زير تقسيم مي‌شود:

• MRCF: مانند يك عامل كاربر SIP با S-CSCF‌ ارتباط دارد و MRFP را كنترل مي‌كند.
• MRFP تمامي وظايف نظير ميكس كردن جريان‌ها و تبديل Codec ها در اين بخش انجام مي‌شود.

Border Gateway Control Function و یا BGCF:

يك سرور SIP است كه مسيريابي بر اساس شماره‌هاي تلفن را نيز در بر دارد. BGCF‌ تنها در مواقعي استفاده مي‌شود كه لازم باشد تماسي بين كاربر IMS و كاربري در شبكه PSTN برقرار شود. دو وظيفه اصلي اين واحد عبارتند از:

• انتخاب شبكه‌ مناسبي كه تعامل با شبكه‌ PSTN در آن روي خواهد داد
• انتخاب دروازه مناسب براي ارتباط با PSTN در صورتي كه تعامل با PSTN در شبكه حاوي PGCF روي دهد.

دروازه PSTN و شبكه‌هاي سوئيچ مداري:

به سه قسمت زير تقسيم مي‌شود:

• SGW: وظيفه انتقال سيگنالينگ بين شبكه IMS و شبكه PSTN‌ را برعهده دارد. SGW پروتكل‌ ISUP و يا BICC را به جاي انتقال بر روي MTP بر روي SCTP/IP منتقل مي‌كند.
• MGWC: قسمت اصلي دروازه شبكه PSTN است و وظيفه تبديل پروتكل SIP به پروتكل‌ ISUP و يا BICC را برعهده دارد. اين واحد منابع دروازه رسانه را نيز كنترل مي‌كند. ارتباط MGWC و MGW با پروتكل H.248 برقرار مي‌شود.
• MGW: دروازه رسانه ترافيك IMS‌ را كه به صورت سوئيچ پاكتي بر روي RTP دريافت كرده است، بر روي شيارهاي زماني TDM ارسال مي‌كند. ممكن است اين واحد عمل تبديل كدينگ نيز در صورتي كه ترمينال‌ها كدينگ‌هاي يكديگر را پشتيباني نكنند، انجام دهد.