Перспективи розвитку IP‑телефонії: SIP та IMS

Ще не так давно обговорювана концепція мереж майбутнього, що позначається абревіатурою NGN (Next Generation Network), поступово перетворилась в концепцію IMS (IP Multimedia Subsystem). Операторам мобільного зв’язку концепція IMS дозволить ефективно впроваджувати інноваційні мультимедійні послуги з використанням уніфікованої архітектури та сервісних платформ. В той же час, для операторів фіксованого зв’язку IMS дозволяє оптимальним чином інтегрувати телефонний сервіс в IP-інфраструктуру, не просто надаючи своїм абонентам послуги VoIP, але і пропонувати широкий вибір мультимедійних послуг, які можуть бути впроваджені завдяки стандартним компонентам IMS. Можливість передачі мультимедійного трафіку з бажаною якістю забезпечує протокол SIP, особливість якого є встановлення сесії для обміну даними з резервуванням полоси пропускання на весь час обміну.

Сервісна архітектура IMS представляє собою набір логічних функцій, які можна розділити на три рівні: рівень абонентських пристроїв та шлюзів, рівень керування сеансами та рівень додатків.

На рівні абонентських пристроїв та шлюзів ініціюється та термінується сигналізація SIP, що необхідна для встановлення сеансів і надання базових послуг, таких як перетворення мови із аналогової або цифрової форми в пакети з використанням протоколу RTP (Realtime Transport Protocol). На цьому рівні функціонують медіашлюзи, що перетворюють базові потоки VoIP в телефонний формат TDM при взаємодії з традиційними мережами. Один медіа-сервер може працювати на потреби декількох сервісів, що забезпечує можливість значної оптимізації мережевої інфраструктури.

На рівні керування викликами і сеансами розміщена функція керування викликами і сеансами CSCF (Call Session Control Function), який реєструє абонентські пристрої і направляє сигнальні повідомлення протоколу SIP відповідних серверів додатків. Функція CSCF взаємодіє з рівнем транспорту та доступу для забезпечення якості обслуговування по всіх сервісах.

Наступний рівень містить сервери додатків, які забезпечують обслуговування кінцевих користувачів. Архітектура IMS і сигналізація SIP забезпечують можливість підтримки широкого спектру телефонних та інших серверів додатків. Так, розроблені стандарти SIP для сервісів телефонії і сервісів IM (Instant Message). Сервер телефонних додатків TAS (Telephony Application Server) приймає і оброблює повідомлення протоколу SIP, а також визначає, яким чином має бути ініційований вихідний виклик.

Прикладний рівень може містити автономні незалежні сервери, що надають додаткові послуги на будь-якій стадії обслуговування виклику. До таких послуг відносяться: набір номеру, послуги голосової пошти, авто- інформаційні послуги IVR (Interactive Voice Response), послуги інтелектуальної маршрутизації (VPN, віртуальний номер і т.д.), послуги зв'язку на передплатній основі або за передплатними сервісними телефонними картами, блокування вхідних та вихідних викликів.Також на прикладному рівні можуть знаходитись сервери додатків SIP, що не використовують модель телефонного виклику. Такі сервери взаємодіють з клієнтами абонентських пристроїв для надання сервісів присутності, IM, PTT (Push-to-Talk ) та ін.

Основним протоколом для взаємодії мережевих елементів в рамках концепції IMS був обраний протокол SIP (Session Initiation Protocol), завдячуючи властивими йому простоті, гнучкості та гарній розширюваності. IMS включає багато серверів додатків, що надають як звичайні телефонні послуги, так і нові сервіси (обмін миттєвими повідомленнями, миттєвий багатоточковий зв'язок, передача відеопотоків, обмін мультимедійними повідомленнями та ін.).

Архітектура IMS розроблялась для використання в мережах пересувного зв'язку третього покоління. Підтримка протоколу SIP надає можливість використовувати єдиний підхід до реалізації додатків та здійснення доступу, а також інтегрувати додатки, що надаються сторонніми компаніями (наприклад, контент-провайдерами).

Інтенсивний розвиток великого числа додатків, що використовують SIP, викликав необхідність збудування масштабованої мультисервісної інфраструктури, яка розділяла би транспортний рівень, рівень послуг і рівень керування.

Принцип, на якому базується концепція IMS, полягає в тому, що доставка будь-якої послуги жодним чином не співвідноситься з комунікаційною інфраструктурою. Він дозволяє реалізовувати незалежний від технології доступу відкритий механізм доставки послуг, що дає можливість задіяти в мережі додатки від сторонніх постачальників послуг.

Використання SIP надає можливість перейти до горизонтальної схеми організації послуг та підтримувати різні технології доступу.

Протокол SIP (конкретно додаток SIP Proxy), при такій схемі по-перше, стає містком між всіма задіяними протоколами доступу, по-друге, маскує для користувача механізми, що використовуються для реалізації його потреб. Така сервісна “розшарка” ховає від абонента різницю між послугами, що надаються, наприклад, у мережі безпровідного доступу, та послугами, що надаються в мережі кабельного телебачення або використовують мережі доступу на основі DSL, а також Ethernet.

Передбачено два типи прокси серверів — із збереженням стану (stateful) та без збереження стану (stateless).

Сервер першого типу дозволяє надавати більшу кількість послуг, але працює повільніше ніж сервер другого типу. Він може бути застосованим для обслуговування невеликої кількості клієнтів, наприклад, в локальній мережі.

Проксі сервер має зберігати інформацію про стан, якщо він:

• використовує протокол ТСР для передачі сигнальної інформації;

• працює в режимі багатоадресної розсилки сигнальної інформації;

• розмножує запити.

Останній випадок має місце, коли проксі сервер веде пошук клієнта, що викликається, одразу в декількох напрямках, тобто один запит, що прийшов до проксі сервера, розмножується та передається водночас по всіх цих напрямках.

Сервер без збереження стану просто ретранслює запити та відповіді, які отримує. Він працює швидше ніж сервер першого типу, тому що ресурс процесору не витрачається на збереження станів, внаслідок чого сервер цього типу може обслуговувати більшу кількість користувачів. Недоліком цього серверу є те що на його основі можна реалізовувати лише найпростіші послуги.

SIP є протоколом встановлення та завершення мультимедійних сесій – сеансів зв'язку, в ході яких користувачі можуть спілкуватися голосом, обмінюватись відео, текстом, спільно працювати над додатками та ін. При цьому параметри сеансу зв'язку можуть змінюватись “на ходу” за допомогою “дружнього” протоколу SDP (Session Description Protocol) – протоколу опису параметрів сеансу зв'язку. Крім того, можливі повідомлення користувачів про події (Presence) та розсилка повідомлень (Instant Messaging). Вочевидь, з самого початку SIP створювався не тільки для роботи з голосом.

В основу протокола робоча група MMUSIC заклала наступні принципи:

• Персональна мобільність користувачів

• Можливість зміни масштабу мережі

• Можливість розширення протоколу

• Інтеграція в стек існуючих протоколів Інтернет, що розроблені IETF

• Взаємодія з іншими протоколами сигналізації

Виявилось, що саме з протоколом SIP пов'язане майбутнє IP-телефонії. Вже у 2001 р., через 2 роки після появи SIP він був обраний базовим для роботи мобільних мереж третього покоління, що фактично і привело до появи архітектури IMS.

Компанія Microsoft включила підтримку SIP у всі свої додатки. Існує багато фірм-виробників програмних продуктів для IP-телефонії, і практично у всіх передбачена підтримка протоколу SIP.

Виробники телекомунікаційного обладнання розробляють та випускають SIP-шлюзи, SIP-телефони, сервери додатків та інші пристрої з підтримкою SIP. На сьогоднішній день в перелік фірм, що займаються просуненням рішень концепції IMS, можна віднести Alcatel, Comverse Technology, Ericsson, Huawei Technologies, Lucent Technologies, Motorola, Nortel, Siemens та інші.

Література:

1. Концепция IMS. http://www.aleksandrservis.ru/publ/1/koncepcija_ims/1-1-0-1009

2. А.Гольдштейн, Б.Гольдштейн. Обзор решений IMS. - СПб.: Connect! Мир связи, май 2008 с.52-60.

3. Д.Девидсон и др. Основы передачи голосовых данных по сетям IP, 2-е изд.: Пер. с англ. – М.: 000 "И.Д. Вильяме", 2007. – 400 с.: ил.

4. В.А. Фрейнкман. Эволюция технологий предоставления услуг IN в современных и перспективных сетях святи,: Технологии и средства связи. Специальный выпуск «АТС. Коммутационное оборудование, 2006. http://www.tssonline.ru/articles2/billing/evoluc_technolog_predost_uslug_in_sovr_perspekt_setyah_svyazi
5. Cisco SIP Proxy Server Data Sheet. Cisco Systems, Inc., 2004 – 5pp.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, Мотигін Владимир В’ячеславович