ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΣΥΡΜΑΤΗΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΣΥΡΜΑΤΗΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ (ΤESTBED) ΤΩΝ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΑΣΥΡΜΑΤΩΝ ΙΚΤΥΩΝ ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΟΥ: Α ΡΙΑΝΟΥ ΚΟΥΣΟΥΛΑ ΤΟΥ ΑΘΑΝΑΣΙΟΥ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΚΩΤΣΟΠΟΥΛΟΣ ΣΤΑΥΡΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΑΡΙΘΜΟΣ ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ: ΠΑΤΡΑ 2008

2 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η διπλωµατική εργασία µε θέµα: "Σχεδιασµός Και Υλοποίηση Περιβάλλοντος Προσοµοίωσης (Τestbed) Των Λειτουργικών Παραµέτρων Σύγχρονων Ασύρµατων ικτύων " του φοιτητή του τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών: Αδριανού Κούσουλα του Αθανασίου (Α.Μ. 5056) παρουσιάστηκε δηµόσια στο τµήµα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστηµίου Πατρών στις 8/10/2008 και εξετάσθηκε και εγκρίθηκε από την ακόλουθη Εξεταστική Επιτροπή: Επιβλέπων: Συνεξεταστής: Κωτσόπουλος Σταύρος, Καθηγητής Πανεπιστηµίου Πατρών. Λυµπερόπουλος ηµήτριος, Αναπληρωτής Καθηγητής Πανεπιστηµίου Πατρών. Ο επιβλέπων Ο ιευθυντής του Τοµέα Καθηγητής Σταύρος Κωτσόπουλος Καθηγητής Νικόλαος Φακωτάκης 2

3 Πρόλογος Το παρακάτω κείµενο αποτελεί διπλωµατική εργασία που εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ασύρµατης Επικοινωνίας του τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστηµίου Πατρών. Σκοπός µας, ήταν η µελέτη του υποσυστήµατος πολυµέσων διαδικτυακού πρωτοκόλλου γνωστό και ως Internet Protocol Multimedia Subsystem (IMS) καθώς και η υλοποίηση ενός περιβάλλοντος προσοµοίωσης (testbed) που βασίζεται σε αυτό το πρωτόκολλο, το οποίο περιβάλλον προσεγγίζει αρκετά, αυτό του πραγµατικού, πραγµατοποιώντας δύο σενάρια λειτουργίας. Στο πρώτο κεφάλαιο, γίνεται µια εισαγωγή στην έννοια του IMS. Ουσιαστικά, το IMS χρησιµοποιείται για τον έλεγχο της σύνδεσης των υπηρεσιών που βασίζονται στο IP, ανεξάρτητα από το είδος της πρόσβασης της κάθε υπηρεσίας προσφέροντας έτσι ποικίλες µορφές υπηρεσιών πολυµέσων στους τελικούς χρήστες. ίνονται επίσης και κάποια παραδείγµατα. Στο δεύτερο κεφάλαιο, περιγράφονται οι γενικές αρχές της αρχιτεκτονικής του IMS. Στην αρχή, γίνεται µία αναφορά στις απαιτήσεις του IMS, έπειτα γίνεται µια περιγραφή των πρωτοκόλλων που χρησιµοποιούνται και στην συνέχεια περιγράφονται οι οντότητες που αποτελούν το σύστηµά µας και οι διεπαφές τους. Στο τρίτο κεφάλαιο, ασχολούµαστε µε το επίπεδο σηµατοδοσίας. Τον τρόπο δηλαδή µε τον οποίο οι οντότητες αποστέλλουν µηνύµατα µε σκοπό την συνεργασία τους. Περιγράφουµε λοιπόν, τον έλεγχο της συνόδου στο IMS που περιλαµβάνει διάφορα βήµατα, όπως για παράδειγµα το πώς γίνεται η εγγραφή στο IMS επίπεδο ή το πως γίνεται η εγκατάσταση της βασικής συνόδου. Επιπλέον γίνεται αναφορά στις αρχιτεκτονικές υλοποίησης του τρίπτυχου Πιστοποίηση, Εξουσιοδότηση και Λογιστική (Αuthentication, Authorization and Accounting, AAA) που είναι απαραίτητo για την διασύνδεση χρηστών που έχουν πρόσβαση σε διαφορετικές υπηρεσίες (πχ. PSTN και Internet). Tέλος, αναφερόµαστε σε τρία σηµαντικά χαρακτηριστικά που γενικά διέπουν τα σύγχρονα δίκτυα και αποτελούν αναπόσπαστο κοµµάτι τους, την ασφάλεια, την πολιτική που χρησιµοποιείται στο IMS και την ποιότητα των υπηρεσιών. Στο τέταρτο κεφάλαιο, περιγράφουµε συνοπτικά τις υπηρεσίες που αρχικά θα παρέχονται από το IMS ενώ το πέµπτο κεφάλαιο περιέχει την ανάλυση της πειραµατικής διάταξης που κατασκευάσαµε. Ουσιαστικά, εδώ περιγράφεται η αρχιτεκτονική του Open IMS Core, της υλοποίησης δηλαδή µερικών από τις οντότητες που είναι µέρος της αρχιτεκτονικής του IMS. Χρησιµοποιήθηκε «open source» λογισµικό και δίνονται λεπτοµέρειες των χαρακτηριστικών των οντοτήτων έτσι όπως η εφαρµογή Open IMS Core ορίζει. Στο τέλος του κεφαλαίου περιγράφονται τα σενάρια τα οποία εφαρµόσαµε παραθέτοντας και τα σχετικά διαγράµµατα. Στο έκτο κεφάλαιο, που είναι και το τελευταίο περιγράφουµε όλα τα βήµατα που ακολουθήσαµε έτσι ώστε να εγκαταστήσουµε τον Open IMS Core σε λειτουργικό σύστηµα Linux. Η διαδικασία περιλαµβάνει εγκατάσταση του λογισµικού που χρησιµοποιήσαµε καθώς και την εγκατάσταση λογισµικών εφαρµογών τύπου messenger που αποτελούν ουσιαστικά την γραφική απεικόνιση των υπηρεσιών στις οποίες οι χρήστες έχουν πρόσβαση. 3

4 Eυχαριστίες Θα ήθελα να ευχαριστήσω ιδιαίτερα, για την εµπιστοσύνη που έδειξε όσο αναφορά την ανάθεση αυτής της διπλωµατικής εργασίας και για τη βοήθεια του κατά τη διάρκεια δηµιουργίας της, τον κ. Σταύρο Κωτσόπουλο, Καθηγητή του Πανεπιστηµίου Πατρών. Επίσης, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον διδακτορικό φοιτητή του εργαστηρίου ασύρµατης τηλεπικοινωνίας Μιχάλη Τσαγκαρόπουλο για την άψογη συνεργασία και την πολύτιµη βοήθεια του, χωρίς τη συνδροµή του οποίου δεν θα ήταν δυνατή η ολοκλήρωση του παρόντος συγγράµµατος, το οποίο δεν αποτελούσε µέρος των ερευνητικών καθηκόντων του. Σηµείο αναφοράς κατά τη διαδικασία εκτέλεσης της διπλωµατικής εργασίας ήταν, οι επιστηµονικές του γνώσεις, το πνεύµα συνεργασίας που διαθέτει, η συγκροτηµένη σκέψη του, ο τρόπος επίλυσης προβληµάτων και η φιλική του διάθεση. Επιπλέον, θα ήθελα να ευχαριστήσω το ιδάκτορα Ηλεκτρολόγο Μηχανικό Ηλία Πολίτη για ην εµπιστοσύνη που έδειξε, να εκτελέσω τη συγκεκριµένη διπλωµατική εργασία καθώς και για τη σηµαντική βοήθεια του στα πρώτα βήµατα της αναζήτησής µου, κατά την προσπάθεια εύρεσης του τελικού µου στόχου. Η καθοδήγησή του και η συνεργασία του µε το διδακτορικό φοιτητή Μιχάλη Τσαγκαρόπουλο υπήρξαν άψογες. Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω και να αφιερώσω αυτή την εργασία, στην οικογένειά µου (Θανάση, Τίτσα και Γιάννη) και όλους τους φίλους µου για την υποστήριξη, τις στιγµές και την αγάπη που µου προσέφεραν όλα τα χρόνια των σπουδών µου στην Πάτρα. 4

5 Περιεχόµενα Κεφάλαιο 1 ο.εισαγωγή 1.1. Τι είναι το Internet Protocol Multimedia Subsystem (IMS); Παραδείγµατα ΙMS υπηρεσιών 9 Κεφάλαιο 2 ο. Γενικές αρχές της αρχιτεκτονικής του IMS 2.1. Από την µεταγωγή δικτύου στην µεταγωγή πακέτων GSM µε µεταγωγή κυκλώµατος GSM µε µεταγωγή πακέτου Οι απαιτήσεις του IMS IP σύνοδοι πολυµέσων QoS Συνεργασία Περιαγωγή (Roaming) Έλεγχος υπηρεσιών ηµιουργία γρήγορων υπηρεσιών Πολλαπλή πρόσβαση Γενική εποπτεία των πρωτοκόλλων που χρησιµοποιούνται στο 15 IMS Πρωτόκολλο ελέγχου συνόδου (Session Control Protocol) Άλλα σηµαντικά πρωτόκολλα Άλλα πρωτόκολλα Γενική εποπτεία της αρχιτεκτονικής του IMS Oι βάσεις δεδοµένων HSS και SLF O CSCF Ο P-CSCF Ο I-CSCF Ο S-CSCF Ο AS O MRF O BGCF H ΙMS- ALG και η TrGW H PSTN/CS πύλη Τοπικά και αποµακρυσµένα δίκτυα (Home και Visited δίκτυα) Κεφάλαιο 3 ο. Το επίπεδο σηµατοδοσίας στο IMS 3.1 Γενική εποπτεία του πρωτοκόλλου SIP Έλεγχος της συνόδου στο IMS Προϋποθέσεις για την λειτουργία του IMS IPv4 και IPv6 στο IMS ΙP Connectivity Access Network

6 3.2.4 H διαδικασία ανακάλυψης του P-CSCF Eγγραφή στο IMS επίπεδο Συνδροµή στο reg Event State Eγκατάσταση βασικής συνόδου (Basic Session Setup) Application Servers : Παρέχοντας υπηρεσίες στους χρήστες Τα είδη των Application Servers Κριτήρια Φιλτραρίσµατος Συνεργασία Το ΑΑΑ στο IMS Πιστοποίηση, Εξουσιοδότηση και Λογιστική Oι εντολές όπως ορίζονται στην Diameter εφαρµογή για την Cx διεπαφή Το profile του χρήστη To Αccounting H Aρχιτεκτονική της χρέωσης 3.5 Η ασφάλεια (security) στο IMS 3.6 H πολιτική που χρησιµοποιείται στο IMS 3.7 H ποιότητα υπηρεσιών (Quality Of Service) στο IMS Κεφάλαιο 4 ο. Παροχή υπηρεσιών από το IMS 4.1 Η υπηρεσία της παρουσίας (presence) στο διαδίκτυο Επισκόπηση της υπηρεσίας presence Η υπηρεσία της Στιγµιαίας Αποστολής Μηνύµατος (Instant Messaging) H υπηρεσία Push - to - Talk over Cellular Κεφάλαιο 5 ο. Πειραµατική ιάταξη ΙΜS 5.1 Αρχιτεκτονική Λειτουργίας 5.2 Ο Open IMS Core Oι CSCFs (Call Session Control Functions) στο Open IMS O Proxy CSCF O Interrogating CSCF O Serving CSCF Ο FOKUS Home Subscriber Server (FHoSS) 5.3 Σενάρια Εφαρµογών Πολυµέσων Κεφάλαιο 6 ο.εγκατάσταση του Open IMS Core σε λογισµικό Linux 6.1 Eγκατάσταση των CSCFs και του FHoSS 6.2 Eγκατάσταση τριών clients O FOKUS Open IMS Client O UCT IMS Client O ΙΜS communicator

7 6.2.4 Ericsson SDS Συµπεράσµατα Αναφορές Παράρτηµα

8 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή 1.1 Τι είναι το Internet Protocol Multimedia Subsystem (IMS); Τα σταθερά και κινητά δίκτυα έχουν υποστεί τεράστιες αλλαγές τα τελευταία 20 χρόνια. Στον κόσµο των κινητών δικτύων, τα συστήµατα (1G) πρώτης γενιάς παρουσιάστηκαν στα µέσα της δεκαετίας του 80. Αυτά τα δίκτυα προσέφεραν στους χρήστες βασικές υπηρεσίες. Είχε δοθεί κυρίως έµφαση στις υπηρεσίες φωνής και στις υπηρεσίες που σχετίζονταν µε την φωνή. Τα συστήµατα δεύτερης γενιάς την δεκαετία του 90 έδωσαν στους χρήστες µερικές υπηρεσίες δεδοµένων και εξεζητηµένες συµπληρωµατικές υπηρεσίες. Η τρίτη γενιά µας δίνει την δυνατότητα να έχουµε, µεγαλύτερους ρυθµούς µετάδοσης δεδοµένων και ποικίλες υπηρεσίες δεδοµένων. Στον κόσµο των σταθερών δικτύων, το παραδοσιακό Public Switched Telephone Network (PSTN) και το Integrated Services Digital Network έχουν καθιερώσει παραδοσιακή επικοινωνία φωνής και video. Η εµφάνιση του Internet έκανε ολοένα και περισσότερους χρήστες να επιζητούν την σύνδεση µε αυτό, αναζητώντας γρήγορη και φθηνή σύνδεση όπως είναι η Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL). Αυτοί οι τύποι συνδέσεων καθιστούν δυνατή την µόνιµη σύνδεση στο Internet, που είναι αναγκαία για τους χρήστες ώστε να αρχίσουν να χρησιµοποιούν υπηρεσίες επικοινωνίας πραγµατικού χρόνου-όπως είναι οι υπηρεσίες chat, τα online παιχνίδια και το VoIP. Αυτή την στιγµή βιώνουµε την ένωση των σταθερών και κινητών δικτύων, καθώς η διείσδυση των κινητών συσκευών αυξάνεται σε ετήσια βάση και σύντοµα θα έχουµε περισσότερους από 2 εκατοµµύρια χρήστες κινητών συσκευών. Οι κινητές συσκευές έχουν µεγάλες, υψηλής ανάλυσης οθόνες, ενσωµατωµένες κάµερες και πολλές εφαρµογές. Υπάρχουν συσκευές εφαρµογών που είναι συνεχώς ενεργές και συνδεδεµένες. Αυτό επανακαθορίζει τις εφαρµογές. Οι εφαρµογές δεν είναι πλέον αποµονωµένες οντότητες που ανταλλάσσουν πληροφορίες µόνο µε την διεπαφή του χρήστη. Η επόµενη γενιά εφαρµογών είναι peer-to-peer οντότητες που διευκολύνουν την ανταλλαγή πληροφοριών. Επανακαθορίζεται η ιδέα του να είσαι συνδεδεµένος.το να πληκτρολογείς έναν αριθµό και το να µιλάς, σε λίγο θα αποτελεί ένα υποσύνολο της έννοιας του δικτύου. Η ικανότητα να εγκαταστήσουµε µια peer-topeer σύνδεση µεταξύ των συσκευών που χρησιµοποιούν Internet Protocol (IP) είναι το κλειδί της επιτυχίας. Για να επικοινωνήσουµε, οι εφαρµογές που βασίζονται στο IP πρέπει να έχουν έναν µηχανισµό ώστε να προσεγγίσουµε τον χρήστη µε τον οποίο θέλουµε να επικοινωνήσουµε. Το τηλεφωνικό δίκτυο προσφέρει την δυνατότητα να δηµιουργήσουµε µια σύνδεση. Καλώντας τον άλλο χρήστη, το δίκτυο µπορεί να δηµιουργήσει µια ad hoc σύνδεση µεταξύ δύο τερµατικών µέσω του IP δικτύου. Αυτή η σηµαντική IP δυνατότητα σύνδεσης προσφέρεται µόνο σε αποµονωµένο περιβάλλον και περιβάλλον παροχής µιας µόνο υπηρεσίας, στο Internet. 8

9 Σχήµα 1.1: To IMS στα ενοποιηµένα δίκτυα Τα αυτόνοµα συστήµατα συναγωνίζονται µεταξύ τους, όσο αφορά χρήστες και οι συνεργασίες µεταξύ των παρόχων υπηρεσιών είναι ένα ανεπιθύµητο χαρακτηριστικό. Εποµένως, χρειαζόµαστε ένα γενικό σύστηµα το IP Multimedia Subsystem (IMS). Επιτρέπει σε εφαρµογές συσκευών που βασίζονται στο IP να δηµιουργήσουν peer-topeer και peer-to-content συνδέσεις εύκολα και µε ασφαλή τρόπο. Ο ορισµός [1] µας για το IMS είναι : To IMS είναι µια αρχιτεκτονική ελέγχου των υπηρεσιών και της συνδεσιµότητας που βασίζεται στο IP, ανεξάρτητα από το είδος της πρόσβασης. Αυτή η αρχιτεκτονική προσφέρει, ποικίλες µορφές υπηρεσιών πολυµέσων στους τελικούς χρήστες χρησιµοποιώντας κοινά πρωτόκολλα που βασίζονται στο Internet. Η πραγµατική ενοποίηση των υπηρεσιών φωνής και δεδοµένων αυξάνει την παραγωγικότητα και την συνολική αποτελεσµατικότητα, ενώ η εξέλιξη των εφαρµογών που ενοποιούν την φωνή, τα δεδοµένα και τα πολυµέσα θα δηµιουργήσουν απαιτήσεις για νέες υπηρεσίες όπως είναι η παρουσία, το multimedia chat, η λειτουργία push to talk και η συνδιάσκεψη. H ικανότητα να συνδυάσουµε την κινητικότητα και το δίκτυο IP θα είναι σηµαντική για την µελλοντική µας επιτυχία. Το σχήµα 1.1 δείχνει ένα ενοποιηµένο δίκτυο επικοινωνιών για σταθερό-κινητό περιβάλλον. Το IMS εισάγει έλεγχο πολυµέσων µέσα στον τοµέα µεταγωγής πακέτων και την ίδια στιγµή εφαρµόζει την λειτουργικότητα της µεταγωγής κυκλώµατος στον τοµέα αυτόν. Το IMS είναι η τεχνολογία κλειδί για ένα τέτοιο ενοποιηµένο δίκτυο. 1.2 Παραδείγµατα IMS υπηρεσιών 9

10 Αν θέσω σε λειτουργία την συσκευή µου που χρησιµοποιεί IMS, αυτόµατα η συσκευή εγγράφεται στο ΙΜS δίκτυο χρησιµοποιώντας πληροφορίες που βρίσκονται σε µια εφαρµογή όπου υπάρχουν στοιχεία ταυτότητας (όπως είναι η USIM). Κατά την διάρκεια της εγγραφής, η συσκευή και το δίκτυο πιστοποιούνται για την αυθεντικότητά τους και η συσκευή µας θα λάβει την ταυτότητα χρήστη από το δίκτυο. Μετά από αυτή την εγγραφή, όλες οι υπηρεσίες θα είναι διαθέσιµες, όπως η push to talk, η presence, οι sessions φωνής και video, η αποστολή µηνυµάτων και τα multiplayer παιχνίδια. Επιπλέον, αναβαθµίζεται ο server µας και είµαστε πλέον «on line» ενώ αποκτούµε και την λίστα των εφαρµογών στις οποίες έχουµε πρόσβαση τώρα. Όταν πρέπει να επικοινωνήσω µε κάποιον, επιλέγω το όνοµά του από τον κατάλογο τηλεφώνου της συσκευής µου και βασιζόµενος στην πληροφορία της παρουσίας του, βλέπω αµέσως ότι είναι διαθέσιµος. Αφού πατήσω το «πράσινο κουµπί» στην συσκευή µου, κάνω µια κανονική κλήση. Το IMS δίκτυο θα αναλάβει την αναζήτηση και την δηµιουργία σύνδεσης µε Session Initiation Protocol (SIP) µεταξύ των συσκευών µας. Όταν η κλήση µας φτάσει στο τερµατικό του, θα δει ότι η κλήση προέρχεται από εµένα και επιπρόσθετα βλέπει µια σειρά κειµένου που έχει εισαχθεί επίσης από εµένα. Ο συνοµιλητής µου απαντά. Αποφασίζουµε να συζητήσουµε ξανά το θέµα κάποια άλλη στιγµή. Πριν κλείσουµε µου στέλνει ένα video clip και όσο εγώ κοιτάω το video clip, συνεχίζει να µου εξηγεί τι συµβαίνει στο video clip που βλέπω. Κάποιος συνειδητοποιεί ότι σήµερα είναι τα γενέθλια µιας φίλης του. Παρόλο που ταξιδεύει και δεν µπορεί να την συναντήσει σήµερα, θέλει να της στείλει τις ευχές του. Καθώς κάθεται, διαβάζει τα τελευταία νέα από το Internet χρησιµοποιώντας την ολοκαίνουρια συσκευή του που κάνει χρήση του Wireless Local Area Network, αποφασίζει να της στείλει ένα video clip ως ευχή. Η φίλη του κάνει µπάνιο όταν ακούει το τηλέφωνο να χτυπάει. Βλέπει ότι έλαβε ένα µήνυµα και το ανοίγει. Αποθηκεύει το video και αποφασίζει ότι θέλει ότι θέλει να στείλει και αυτή κάτι πίσω. Στέλνει λοιπόν µια αστεία φωτογραφία της. Σχήµα 1.2: Αποστολή µηνυµάτων πολυµέσων Ένας οπαδός κάθεται στο στάδιο κατά την διάρκεια του παιχνιδιού. Παίρνει το κινητό του τηλέφωνο και καλεί ένα γνωστό του, που είναι οπαδός της αντίπαλης οµάδας. Αυτός κάθεται στο γραφείο του και λαµβάνει µια κλήση που έχει το χαρακτηριστικό του pop-up στην οθόνη του υπολογιστή του, πληροφορώντας τον ότι το άτοµο που βρίσκεται στο στάδιο καλεί. Απαντά στην κλήση και αρχίζουν να µιλούν. Το άτοµο που βρίσκεται στο γήπεδο αρχίζει την εφαρµογή του video-sharing ενώ κάνει zoom στο γήπεδο. Το τερµατικό PC αρχίζει να δείχνει το παιχνίδι και o 10

11 γνωστός του βλέπει την οµάδα του να δέχεται τέρµα. Η αναπαραγωγή τoυ video σταµατά και συνεχίζουν την συνοµιλία τους. Όλη η απαιτούµενη επικοινωνία λαµβάνει χώρα, χρησιµοποιώντας την δυνατότητα σύνδεσης που δίνει το IP και παρέχεται από το IMS. Το IMS προσφέρει την δυνατότητα να επιλέξουµε τα καλύτερα και τα πιο ταιριαστά πολυµέσα επικοινωνίας, να αλλάξουµε τα πολυµέσα κατά την διάρκεια της συνόδου τυχαία και να χρησιµοποιήσουµε την επιθυµητή συσκευή επικοινωνίας ( που µπορεί να χρησιµοποιήσει SIP ) µέσω οποιασδήποτε IP πρόσβασης. 11

12 Κεφάλαιο 2 Γενικές αρχές της αρχιτεκτονικής του IMS 2.1 Από την µεταγωγή δικτύου στην µεταγωγή πακέτων Ας δούµε τώρα πώς τα δίκτυα κυψέλης εξελίχθηκαν από δίκτυα µεταγωγής κυκλώµατος σε δίκτυα µεταγωγής πακέτων και πως το IMS είναι το επόµενο βήµα σε αυτή την εξέλιξη. Θα αρχίσουµε µε µια σύντοµη εισαγωγή στην ιστορία των δικτύων µεταγωγής κυκλώµατος και των δικτύων µεταγωγής πακέτων. Το Third Generation Partnership Project (3GPP) χρησιµοποιεί τις προδιαγραφές του GSM ως βάση σχεδίασης για ένα σύστηµα κινητής επικοινωνίας τρίτης γενιάς. Το GSM έχει δύο διαφορετικούς τρόπους λειτουργίας: την µεταγωγή κυκλώµατος και την µεταγωγή πακέτων. Οι τοµείς όπου χρησιµοποιείται η µεταγωγή κυκλώµατος και η µεταγωγή πακέτων τρίτης γενιάς βασίζονται σε αυτές τις δύο διαφορετικές λειτουργίες GSM µε µεταγωγή κυκλώµατος Το GSM µε µεταγωγή κυκλώµατος χρησιµοποιεί τεχνολογίες µεταγωγής κυκλώµατος, που επίσης χρησιµοποιούνται στο PSTN(Public Switched Telephone Network). Tα δίκτυα µεταγωγής κυκλώµατος έχουν δυο διαφορετικά επίπεδα: το επίπεδο σηµατοδοσίας και το επίπεδο µέσων. Το επίπεδο σηµατοδοσίας περιέχει τα πρωτόκολλα που χρησιµοποιούνται για να εγκαταστήσουµε ένα µονοπάτι (path) µεταξύ των τερµατικών. Το επίπεδο µέσων περιέχει τα δεδοµένα που µεταδίδονται µέσω του µονοπατιού µεταγωγής πακέτων, µεταξύ των τερµατικών. Η κωδικοποιηµένη φωνή που µεταδίδεται µέσω των χρηστών ανήκει στο επίπεδο των µέσων. Η σηµατοδοσία και το επίπεδο των µέσων ακολουθούσαν το ίδιο µονοπάτι στα πρώτα δίκτυα µεταγωγής κυκλώµατος. Ωστόσο, από κάποιο σηµείο και µετά το PSTN άρχισε να διαφοροποιεί τα µονοπάτια που η σηµατοδοσία και το επίπεδο µέσων ακολουθούν. Αυτή η διαφοροποίηση προκλήθηκε από την σύσταση υπηρεσιών που βασίζονται στο IN (Intelligent Network). Οι κλήσεις προς αριθµούς που δεν έχουν τέλη είναι ένα παράδειγµα µιας IN υπηρεσίας. Η GSM έκδοση των IN υπηρεσιών είναι γνωστές ως CAMEL υπηρεσίες (Customized Applications for Mobile networks using Enhanced Logic). Στο ΙΝ και στο CAMEL, το επίπεδο σηµατοδοσίας ακολουθεί το επίπεδο µέσων µέχρι ενός σηµείου όπου η κλήση προσωρινά τίθεται σε αναµονή. Σε αυτό το σηµείο το επίπεδο σηµατοδοσίας εκτελεί µια έρευνα βάσης δεδοµένων και λαµβάνει µια απάντηση. Όταν το επίπεδο σηµατοδοσίας δεχτεί την απάντηση στην έρευνα, επαναλαµβάνεται η εγκαθίδρυση κυκλώµατος ενώ το επίπεδο σηµατοδοσίας καθώς και το επίπεδο µέσων ακολουθούν το ίδιο µονοπάτι µέχρι να φτάσουν τον προορισµό τους. Το 3GPP προχώρησε ένα βήµα παραπέρα µε τον διαχωρισµό των επιπέδων σηµατοδοσίας και µέσων µε την σύσταση της αρχιτεκτονικής διαχωρισµού του MSC (Μobile Switching Center). O MSC server (υπολογιστής εξυπηρέτησης δικτύου) 12

13 χωρίζεται σε έναν MSC server και µία πύλη µέσων. Η αρχιτεκτονική διαχωρισµού συστήθηκε στην τέταρτη έκδοση των 3 GPP προδιαγραφών του 3 GPP. Θα δούµε ότι το IMS κρατάει ξεχωριστά τα µονοπάτια της σηµατοδοσίας και των µέσων. Οι µόνοι κόµβοι που χρειάζεται να χειριστούν και την σηµατοδοσία και τα µέσα είναι τα IMS τερµατικά. Κανένας κόµβος του δικτύου δεν χρειάζεται να χειριστεί και τα δύο GSM µε µεταγωγή πακέτου Το GSM δίκτυο µεταγωγής πακέτων γνωστό και ως GPRS (General Packet Radio Service) ήταν η βάση για την τέταρτη έκδοση του 3GPP τοµέα µεταγωγής πακέτων. Αυτός ο τοµέας επιτρέπει στους χρήστες να συνδεθούν στο Internet χρησιµοποιώντας απλές τεχνολογίες µεταγωγής πακέτων. Αρχικά, υπήρχαν τρεις εφαρµογές που σχεδιάστηκαν ώστε να ενισχύσουν την χρήση του τοµέα µεταγωγής πακέτων. Το πρωτόκολλο ασύρµατων εφαρµογών (Wireless Application Protocol- WAP) H πρόσβαση στα εταιρικά δίκτυα Η πρόσβαση στο δηµόσιο Internet Ωστόσο, καµµία από αυτές τις εφαρµογές δεν προσέλκυε αρκετούς πελάτες για να δικαιολογήσουν το υπερβολικό κόστος για την ανάπτυξη δικτύων µεταγωγής πακέτων κινητής επικοινωνίας. 2.2 Οι απαιτήσεις του IMS H κατάσταση που αντιµετώπιζαν οι χειριστές πριν την ιδέα του IMS δεν ήταν καθόλου ενθαρρυντική. Η αγορά όπου δίκτυα µεταγωγής πακέτων εξασφάλιζαν µετάδοση φωνής είχε πλέον κορεστεί και οι χειριστές πλέον δεν µπορούσαν να δηµιουργήσουν κέρδος παρέχοντας και χρεώνοντας µόνο τις φωνητικές κλήσεις. Από την άλλη, οι υπηρεσίες µεταγωγής πακέτων δεν ήταν ιδιαίτερα διαδεδοµένες, οπότε οι χείριστες τους δεν έβγαζαν αρκετό κέρδος από αυτές. Το κινητό Internet έπρεπε να γίνει πιο διαδεδοµένο. Έτσι γεννήθηκε το IMS. Το ΙΜS σκοπεύει να : συνδυάσει τις καινοτοµίες της τεχνολογίας να κάνει την ιδέα του κινητού Internet πραγµατικότητα να δηµιουργήσει µια κοινή πλατφόρµα ώστε να αναπτύξει διάφορες υπηρεσίες πολυµέσων να δηµιουργήσει έναν µηχανισµό ώστε να επεκτείνει τα όρια που υπάρχουν λόγω της επιπρόσθετης χρήσης των κινητών δικτύων µεταγωγής πακέτων. Υπάρχουν κάποιες απαιτήσεις από το πλαίσιο που δηµιουργήθηκε µε σκοπό την µετάδοση IP υπηρεσιών πολυµέσων και ουσιαστικά είναι το IMS: Υποστήριξη εγκατάστασης συνόδων IP πολυµέσων Υποστήριξη ενός µηχανισµού που να διαπραγµατεύεται την ποιότητα των υπηρεσιών που προσφέρονται (Quality Of Service) Υποστήριξη συνεργασίας µε το Internet και δίκτυα µεταγωγής κυκλώµατος Υποστήριξη υπηρεσιών περιαγωγής (roaming) 13

14 Yποστήριξη ισχυρού ελέγχου που επιβάλλεται από τον χειριστή µε σεβασµό προς τις υπηρεσίες που προσφέρονται στον τελικό χρήστη Υποστήριξη δηµιουργίας γρήγορων υπηρεσιών χωρίς απαιτήσεις τυποποίησης IP σύνοδοι πολυµέσων Υπάρχει µια υπηρεσία πολύ σηµαντική. Η επικοινωνία ήχου και εικόνας. Αυτή η υπηρεσία δηµιουργεί την ανάγκη να υποστηριχθεί µέσω του IMS µε συνόδους πολυµέσων µέσω των δικτύων µεταγωγής πακέτων. Ο όρος πολυµέσα αναφέρεται στην ταυτόχρονη ύπαρξη διαφορετικών ειδών µέσων QoS Ένα στοιχείο κλειδί του IMS είναι και η απαίτηση να διαπραγµατευτούµε συγκεκριµένο QoS. To QoS καθορίζεται από ένα πλήθος παραγόντων όπως είναι το µέγιστο εύρος ζώνης που κατανέµεται στον χρήστη. Το IMS παρέχει την δυνατότητα στους χειριστές να ελέγχουν το QoS που ένας χρήστης µπορεί να έχει Συνεργασία Απαιτώντας συνεργασία µε το Internet, o δυνατός αριθµός πόρων και προορισµών των συνόδων πολυµέσων αυξάνεται θεαµατικά. Απαιτείται επίσης να συνεργάζεται το IMS και µε δίκτυα µεταγωγής κυκλώµατος όπως είναι το PSTN (Public Switched Τelephone Network) ή µε υπάρχοντα κυτταρικά δίκτυα. Τα πρώτα IMS τερµατικά που θα διαχειρίζονται ήχο και εικόνα θα είναι ικανά να συνδέονται µε δίκτυα µεταγωγής πακέτων καθώς και δίκτυα µεταγωγής κυκλώµατος Περιαγωγή (Roaming) Αυτή η απαίτηση κληρονοµείται από το IMS, εποµένως θα είναι δυνατό για τους χρήστες να κάνουν χρήση της υπηρεσίας roaming όταν επισκέπτονται διαφορετικές χώρες Έλεγχος Υπηρεσιών Οι χειριστές θέλουν να επιβάλλουν πολιτικές πάνω στις υπηρεσίες που διανέµονται στους χρήστες. Μπορούµε να διαιρέσουµε τις πολιτικές αυτές σε δύο κατηγορίες: Γενικές πολιτικές που θα εφαρµόζονται σε όλους τους χρήστες του δικτύου Ανεξάρτητες πολιτικές που εφαρµόζονται ξεχωριστά σε κάθε χρήστη Ένα παράδειγµα της πρώτης κατηγορίας είναι όταν θέλουµε να περιορίσουµε την χρήση των codecs ήχου υψηλού bandwidth όπως είναι το G.711. Αντίθετα, ίσως θέλουµε να προωθήσουµε codecs χαµηλότερου bandwidth, όπως είναι το AMR. Για την δεύτερη κατηγορία, ένα παράδειγµα είναι όταν ένας χρήστης είναι συνδροµητής σε υπηρεσίες IMS που δεν περιέχουν την χρήση video.το τερµατικό IMS θα υποστηρίζει video, αλλά όταν ο χρήστης θα προσπαθεί να αρχίσει µια σύνοδο πολυµέσων που θα περιέχει video, o χειριστής θα προλαβαίνει την σύνοδο πριν αυτή ξεκινήσει. 14

15 2.2.6 ηµιουργία Γρήγορων Υπηρεσιών Αυτή η απαίτηση δηλώνει ότι οι υπηρεσίες IMS δεν χρειάζεται να τυποποιηθούν. Στο παρελθόν ενώ κάποιες υπηρεσίες πιστοποιούνταν, δεν υπήρχε η εγγύηση ότι η υπηρεσία θα λειτουργούσε όταν ο χρήστης βρισκόταν σε ξένη χώρα. Το IMS στοχεύει στην µείωση του χρόνου που χρειάζεται για να συσταθεί µια νέα υπηρεσία Πολλαπλή Πρόσβαση To IMS είναι απλά ένα IP δίκτυο και όπως κάθε IP δίκτυο είναι χαµηλότερου επιπέδου και ανεξαρτήτου προσβάσεως. Για παράδειγµα στο IMS µπορεί να έχει κάποιος πρόσβαση χρησιµοποιώντας ένα WLAN (Wireless Local Access Network), ένα ADSL (Αsymmetric Digital Subscriber Line) ή ένα HFC (Ηybrid Fiber Coax). To 3GPP ως µια έρευνα που έγινε µε σκοπό την ανάπτυξη του GSM, εστίασε στην πρόσβαση που µπορούµε να έχουµε στο GPRS. Μελλοντικές εκδόσεις θα µελετήσουν άλλες προσβάσεις όπως είναι το WLAN. 2.3 Γενική εποπτεία των πρωτοκόλλων που χρησιµοποιούνται στο IMS To 3GPP ανέλυσε την δουλειά που έγινε από το European Τelecommunications Standard Institute (ETSI) στο να αναπτύσσει τα πρωτόκολλά του και αποφάσισε να επαναχρησιµοποιήσει πρωτόκολλα που είχαν ήδη αναπτυχθεί σε άλλους οργανισµούς πιστοποίησης όπως είναι το IETF και το ITU-T. Mε αυτό τον τρόπο, το 3GPP έχει το πλεονέκτηµα της εµπειρίας του IETF και του ITU-T στο να σχεδιάζει εύρωστα πρωτόκολλα, µειώνοντας την ίδια στιγµή τα έξοδα πιστοποίησης και ανάπτυξης Πρωτόκολλο ελέγχου συνόδου (Session Control Protocol) Tα πρωτόκολλα που ελέγχουν τις κλήσεις παίζουν ένα σηµαντικό ρόλο σε οποιοδήποτε σύστηµα τηλεφωνίας. Τα πρωτόκολλα που χρησιµοποιούνται ως πρωτόκολλο ελέγχου συνόδου για το IMS βασίζονται προφανώς στο IP. Tα υποψήφια πρωτόκολλα είναι τα εξής: Bearer Independent Call Control (BICC): Το BICC διαχωρίζει το επίπεδο της σηµατοδοσίας από το επίπεδο µέσων. Επιπρόσθετα, υποστηρίζει και µπορεί να τρέξει πάνω σε διαφορετικές τεχνολογίες, όπως είναι το IP και το ATM. H.323: Είναι ένα νέο πρωτόκολλο για την δηµιουργία συνόδων πολυµέσων. Η σηµατοδοσία και τα µέσα δεν χρειάζεται να διασχίσουν το ίδιο µονοπάτι. SIP(Session Initiation Protocol): Το SIP κληρονοµεί τα περισσότερα χαρακτηριστικά του από τα πρωτόκολλα SMTP(Simple Mail Transfer Protocol) και ειδικά από το HTTP (Hypertext Protocol). To SΙP δεν διαφοροποιεί την διεπαφή Χρήστη- ίκτυο από την διεπαφή ίκτυο- ίκτυο. 15

16 Το SIP επιλέχθηκε ως το πρωτόκολλο ελέγχου συνόδου για το IMS. To SIP δηµιουργεί πολύ εύκολα νέες υπηρεσίες και αυτό είναι πολύ σηµαντικό Άλλα σηµαντικά πρωτόκολλα Εκτός από το πρωτόκολλο κέντρου ελέγχου υπάρχουν και αρκετά άλλα πρωτόκολλα που παίζουν σηµαντικό ρόλο στο IMS. Το Diameter έχει επιλεχθεί ώστε να είναι το AAA (Authentication,Authorization and Accounting) πρωτόκολλο στο IMS. Το Diameter είναι µια εξέλιξη του RADIUS.Για παράδειγµα, όταν ένας χρήστης καλεί έναν Internet Service Provider (ISP),ο server πρόσβασης δικτύου χρησιµοποιεί το RADIUS ώστε να πιστοποιεί την αυθεντικότητα και να εξουσιοδοτεί τον χρήστη µε πρόσβαση στο δίκτυο. Το ΙΜS χρησιµοποιεί το Diameter σε αρκετές διεπαφές, παρόλο που οι διεπαφές δεν χρησιµοποιούν όλες την ίδια εφαρµογή του Diameter Άλλα πρωτόκολλα Άλλα πρωτόκολλα που χρησιµοποιούνται είναι, το COPS (Common Open Policy Service) που χρησιµοποιείται για να µεταφέρει τις πολιτικές µεταξύ των PDPs (Policy Decision Points) και των PEPs(Poilicy Enforcement Points). To Η.248 χρησιµοποιείται από τους κόµβους σηµατοδοσίας και στο επίπεδο των µέσων. Το RTP (Real-Time Transport Protocol) και το RTCP (RTP Control Protocol) χρησιµοποιούνται για να µεταφέρουν µέσα πραγµατικού χρόνου, όπως είναι ο ήχος και η εικόνα. 2.4 Γενική εποπτεία της αρχιτεκτονικής του IMS Πρέπει να έχουµε υπόψη µας ότι το 3GPP δεν τυποποιεί κόµβους αλλά λειτουργίες. Αυτοί που υλοποιούν τα συστήµατα είναι ελεύθεροι να συνδυάσουν για παράδειγµα δυο λειτουργίες σε έναν κόµβο ή µπορούν να χωρίσουν µια λειτουργία σε δυο ή περισσότερους κόµβους. Το σχήµα 2.1 αναπαριστά µια επισκόπηση της αρχιτεκτονικής του IMS όπως τυποποιήθηκε από το 3GPP. Στα αριστερά µπορούµε να δούµε το IMS κινητό τερµατικό που τυπικά ονοµάζεται User Equipment (UE). To ΙΜS τερµατικό µέσω µιας ραδιοζεύξης επισυνάπτεται σε ένα δίκτυο πακέτων όπως είναι το GPRS. To ΙΜS υποστηρίζει αρκετούς τύπους συσκευών και πρόσβασης. Tα PDAs (personal Digital Assistants) και οι υπολογιστές είναι παραδείγµατα τέτοιων συσκευών που µπορούν να συνδεθούν στο IMS. Εναλλακτικές προσβάσεις αποτελούν τα WLAN και τα ADSL. To υπόλοιπο κοµµάτι του σχήµατος 2.1 δείχνει τους κόµβους που αποτελούν µέρος του επονοµαζόµενου IP Multimedia Core Network Subsystem. Αυτοί οι κόµβοι είναι: Μία ή περισσότερες βάσεις δεδοµένων χρηστών, που ονοµάζονται HSSs (Home Subscriber Servers) και SLFs (Subscriber Location Function) Ένας ή περισσότεροι SIP servers, γνωστοί και ως CSFSs (Call Session Control Functions) Ένας ή περισσότεροι ASs (Application Servers) 16

17 Μια ή περισσότερες MRFs (Media Resource Functions) όπου κάθε µία χωρίζεται στους MRFC (Media resource Function Controllers) και τους MRFP (Media Resource Function Processors) Μια ή περισσότερες BGCFs (Breakout Gateway Control Functions) Mία ή περισσότερες πύλες PSTN, όπου κάθε µία χωρίζεται σε µια SGW (Signaling Gateway), µία MGCF (Media Gateway Controller Function) και µια MGW (Media Gateway). Σχήµα 2.1: Επισκόπηση αρχιτεκτονικής του 3GPP IMS Oι βάσεις δεδοµένων HSS και SLF Ο HSS περιέχει όλα τα σχετικά µε τον χρήστη δεδοµένα συνδροµής που απαιτούνται ώστε να χειριστούµε συνόδους πολυµέσων. Τα δεδοµένα αυτά περιέχουν πληροφορίες τοποθεσίας, πληροφορίες ασφαλείας (security) και πληροφορίες για το profile του χρήστη. Ένα δίκτυο µπορεί να περιέχει περισσότερα από έναν HSS, σε περίπτωση που ο αριθµός των συνδροµητών είναι πολύ µεγάλος για να χειριστεί από ένα µόνο HSS. Tα δίκτυα που έχουν περισσότερα από έναν HSS, απαιτούν µια SLF (Subscription Locator Function). H SLF είναι µια απλή βάση δεδοµένων που αντιστοιχεί τις διευθύνσεις των χρηστών µε τους HSSs Ο CSCF O CSCF (Call/Session Control Function), που είναι ένας SIP server, είναι ένας σηµαντικός κόµβος στο IMS. O CSCF επεξεργάζεται ειδικά την σηµατοδοσία του SIP στο IMS. Yπάρχουν τρία είδη CSCFs ανάλογα µε την λειτουργικότητα που παρέχουν. Κάθε CSCF ανήκει σε µία από τις παρακάτω τρεις κατηγορίες. Την P-CSCF (proxy-cscf) Την Ι-CSCF (Interrogating CSCF) Tην S-CSCF (Serving-CSCF) 17

18 P-CSCF O P-CSCF είναι το πρώτο σηµείο συνάντησης (στο επίπεδο σηµατοδοσίας) µεταξύ του τερµατικού IMS και του δικτύου IMS. Η αίτηση που αρχίζει από το IMS τερµατικό ή προορίζεται για το IMS τερµατικό διασχίζει τον P-CSCF. P-CSCF προωθεί την απαίτηση και την απάντηση στην κατάλληλη κατεύθυνση. Ο P-CSCF περιλαµβάνει διάφορες λειτουργίες, µερικές από τις οποίες σχετίζονται µε την ασφάλεια (security). Όταν ο P-CSCF πιστοποιεί την αυθεντικότητα του χρήστη, βεβαιώνει την ταυτότητα του χρήστη και στους υπόλοιπους κόµβους του δικτύου. Με αυτό τον τρόπο, οι άλλοι κόµβοι δεν χρειάζονται να πιστοποιήσουν και αυτοί την αυθεντικότητα του χρήστη, επειδή εµπιστεύονται τον P-CSCF. Eπιπρόσθετα, ο P-CSCF επαληθεύει την ορθότητα των SIP απαιτήσεων που στέλνονται από το IMS τερµατικό. Ο P-CSCF περιλαµβάνει επίσης έναν συµπιεστή και έναν αποσυµπιεστή των SIP µηνυµάτων. Το να µεταδώσεις ένα SIP µήνυµα µέσω ενός καναλιού στενού εύρους ζώνης, όπως είναι οι ράδιο-ζεύξεις, µπορεί να πάρει αρκετά δευτερόλεπτα. Οπότε, ο µηχανισµός που χρησιµοποιείται είναι να συµπιέσουµε το µήνυµα, να το στείλουµε µέσω της διεπαφής του αέρα και να το αποσυµπιέσουµε στο άλλο άκρο. Ο P-CSCF µπορεί να περιέχει µια PDF(Policy Decision Function). Επίσης, ο P-CSCF παράγει πληροφορίες χρέωσης προς ένα κόµβο που κάνει συλλογή των χρεώσεων. Ο P-CSCF τοποθετείται είτε στο τοπικό (home) δίκτυο είτε στο αποµακρυσµένο (visited). Στην περίπτωση που το θεµελιώδες δίκτυο πακέτων βασίζεται στο GPRS, ο P-CSCF τοποθετείται στο ίδιο δίκτυο µε τον GGSN (Gateway GPRS Support Node) Ο I-CSCF O I-CSCF είναι ένας SIP proxy server (µε τον όρο proxy server εννοούµε έναν server που προωθεί τις απαιτήσεις κάποιων clients σε άλλους servers). O server είναι η συσκευή του δικτύου που προσφέρει τις υπηρεσίες του στους clients που είναι συνδεδεµένοι σε αυτόν. H διεύθυνση ενός I-CSCF βρίσκεται στην λίστα ενός DNS (Domain Name System) ενός τοµέα. Όταν ένας SIP server ακολουθεί τις SIP διαδικασίες για να βρει τον επόµενο SIP κόµβο για ένα συγκεκριµένο µήνυµα, ο SIP server αποκτά την διεύθυνση ενός I-CSCF του τοµέα προορισµού. Επιπρόσθετα, ο I-CSCF µπορεί προαιρετικά να αποκρύπτει τα κοµµάτια των SIP µηνυµάτων που περιέχουν ευαίσθητες πληροφορίες για το σύστηµά µας, όπως τον αριθµό των servers στον τοµέα. Τα ονόµατα των DNS τους και την χωρητικότητά τους. Ο I-CSCF συνήθως τοποθετείται στο τοπικό δίκτυο, παρόλο που σε µερικές περιπτώσεις µπορεί να τοποθετηθεί και στο αποµακρυσµένο δίκτυο Ο S-CSCF O S-CSCF είναι ο κεντρικός κόµβος του επιπέδου σηµατοδοσίας. Ο S-CSCF είναι κυρίως ένας SIP server, αλλά εκτελεί και έλεγχο συνόδου. Σε αντίθεση µε την λειτουργία του ως SIP server, ο S-CSCF λειτουργεί επίσης και ως φύλακας SIP αρχείων. Όπως και ο I-CSCF έτσι και ο S-CSCF υλοποιεί µια Diameter διεπαφή µε το HSS. Όλη η σηµατοδοσία SIP που στέλνουν τα τερµατικά IMS και όλη η σηµατοδοσία SIP που δέχεται το IMS τερµατικό διασχίζει τον S-CSCF. O S-CSCF επιθεωρεί κάθε 18

19 SΙP µήνυµα και αποφασίζει αν η σηµατοδοσία SIP µπορεί να επισκεφθεί έναν ή περισσότερους servers εφαρµογών καθώς προχωρά προς τον τελικό προορισµό. Μία από τις κύριες λειτουργίες του S-CSCF είναι να παρέχει SIP υπηρεσίες δροµολόγησης. Επίσης, ο S-CSCF παρέχει υπηρεσίες µετάφρασης ενώ ενισχύει και την πολιτική του χειριστή του δικτύου. Αποτρέπει τους χρήστες από το να εκτελούν λειτουργίες στις οποίες δεν έχουν εξουσιοδότηση. Ο S-CSCF πάντα τοποθετείται στο τοπικό δίκτυο Ο AS O AS (application Server) είναι µια SIP οντότητα που φιλοξενεί και εκτελεί υπηρεσίες. Μπορεί να λειτουργήσει ως SIP UA (User Agent) ή ως SIP B2BUA (Back-to-Back User Agent). H διεπαφή του AS µε τον S-CSCF επιτυγχάνεται χρησιµοποιώντας το SIP. To σχήµα 2.2 απεικονίζει τους τρεις διαφορετικούς τύπους των Application Servers. SIP AS (Application Server): Είναι ο Application Server που φιλοξενεί και εκτελεί υπηρεσίες IP πολυµέσων που βασίζονται στο SIP. OSA-SCS (Open Service Access-Service Capability Server):Αυτός ο server εφαρµογών παρέχει µια διεπαφή στον server εφαρµογών του OSA πλαισίου εργασίας. Αυτός ο κόµβος λειτουργεί ως server εφαρµογών από την µία (δηµιουργώντας µια διεπαφή του S-CSCF µε το SIP ) και ως διεπαφή µεταξύ του OSA Application Server και του OSA Application Programming Interface. IM-SSF (IP Multimedia Service Switching Function): Αυτός ο server εξειδικευµένων εφαρµογών, µας επιτρέπει να επαναχρησιµοποιήσουµε τις CAMEL υπηρεσίες, που είχαµε αναφέρει πιο πάνω, οι οποίες είχαν αναπτυχθεί στο IMS για το GSM. Λειτουργεί από την µία ως Application Server (δηµιουργώντας διεπαφή ανάµεσα στον S-CSCF και το SIP). Από την άλλη πλευρά, λειτουργεί ως SSF (Service Switching Function). 19

20 Σχήµα 2.2: Τα τρία είδη των Application Servers Οι τρεις τύποι application servers λειτουργούν ως SIP application servers σε ένα ΙΜS δίκτυο. Οι AS, παράλληλα µε την διεπαφή SIP, µπορούν να παρέχουν και µια διεπαφή µε τον HSS. Οι διεπαφές των SIP-AS και των OSA-SCS µε τον HSS βασίζονται στο Diameter πρωτόκολλο και χρησιµοποιούνται για να «κατεβάσουν» ή να «ανεβάσουν» δεδοµένα που σχετίζονται µε έναν χρήστη που είναι αποθηκευµένος στον HSS. O AS µπορεί να τοποθετηθεί είτε στο τοπικό δίκτυο είτε σε ένα αποµακρυσµένο δίκτυο µε το οποίο ο χειριστής τουτοπικού δικτύου έχει έρθει σε συνεννόηση. Αν ο AS βρίσκεται έξω από το τοπικό δίκτυο, δεν βρίσκεται σε διεπαφή µε τον HSS Ο MRF O MRF (Media resource function) είναι µια πηγή µέσων στο τοπικό δίκτυο. Παρέχει στο τοπικό δίκτυο την δυνατότητα να κάνει ανακοινώσεις, ροές µίξης µέσων, να µετατρέπει έναν codec σε έναν άλλον, να λαµβάνει στατιστικές µετρήσεις και να κάνει οποιοδήποτε είδος ανάλυσης µέσων. O MRF διαιρείται σε έναν κόµβο επιπέδου σηµατοδοσίας όπου ονοµάζεται MRFC (Media Resource Function Controller) και σε έναν κόµβο επιπέδου µέσων που ονοµάζεται MRFP (Μedia Resource Function Processor). Ο MRFP υλοποιεί όλες τις λειτουργίες που σχετίζονται µε µέσα. Τοποθετείται πάντα µέσα στο τοπικό δίκτυο O BGCF O BGCF είναι ουσιαστικά ένας SIP server που περιέχει λειτουργίες δροµολόγησης και βασίζονται σε τηλεφωνικούς αριθµούς. Ο BGCF χρησιµοποιούνται µόνο σε συνόδους που ξεκινούν από ένα IMS τερµατικό και απευθύνονται σε ένα χρήστη δικτύου µεταγωγής κυκλώµατος, όπως είναι το PSTN και το PLMN. H κύρια λειτουργία του BGCF είναι : 20

21 Να επιλέξει το κατάλληλο δίκτυο, στο οποίο µπορεί να υπάρξει συνεργασία µε τον τοµέα µεταγωγής κυκλώµατος Ή να επιλέξει την κατάλληλη πύλη PSTN/CS, αν η συνεργασία συµβεί στο ίδιο δίκτυο στο οποίο τοποθετείται ο BGCF H IMS-ALG και η TrGW To IMS υποστηρίζει δύο εκδόσεις IP, την IPv4 και την ΙPv6. Το ΙMS µε σκοπό να διευκολύνει την συνεργασία µεταξύ IPv4 και IPv6 χωρίς την ανάγκη υποστήριξης από τερµατικά, πρόσθεσε δύο λειτουργικές οντότητες που παρέχουν µετάφραση µεταξύ των δύο πρωτοκόλλων. Αυτές οι οντότητες είναι η IMS Application Layer Gateway (IMS-ALG) και η Transition Gateway(TrGW) To σχήµα 2.3 δείχνει την σχέση µεταξύ των δύο αυτών οντοτήτων, καθώς και µε τους άλλους κόµβους του IMS. Σχήµα 2.3: Η IMS-ALG και η TrGW Στο σχήµα, τα Ix, Mx, δηλώνουν τις διεπαφές µεταξύ των διαφόρων στοιχείων που απεικονίζονται στο σχήµα Η PSTN/CS πύλη Η PSTN/CS πύλη παρέχει µια διεπαφή µε ένα δίκτυο µεταγωγής κυκλώµατος, επιτρέποντας στα τερµατικά IMS να εκτελούν και να λαµβάνουν κλήσεις από και προς το PSTN (ή άλλο δίκτυο µεταγωγής κυκλώµατος). 21

22 Το σχήµα 2.4 δείχνει µια BGCF και µια PSTN πύλη που βρίσκεται σε διεπαφή µε το PSTN. Σχήµα 2.4: Η PSTN/CS πύλη που βρίσκεται σε διεπαφή µε το CS δίκτυο H πύλη PSTN αναλύεται στις παρακάτω λειτουργίες: SGW (Signaling Gateway): Η SGW δηµιουργεί την διεπαφή µε το επίπεδο σηµατοδοσίας του CS δικτύου. Η SGW πραγµατοποιεί µετατροπή πρωτοκόλλου χαµηλού επιπέδου. MGCF (Media Gateway Control Function): Η MGCF είναι ο κεντρικός κόµβος της PSTN/CS πύλης. Υλοποιεί µια µηχανή καταστάσεων που πραγµατοποιεί µετατροπή πρωτοκόλλου και αντιστοίχισή τους. Ελέγχει επίσης και τους πόρους της MGW. MGW (Media Gateway): Η Media Gateway δηµιουργεί την διεπαφή µε το επίπεδο µέσων του PSTN ή του CS δικτύου. Από την µία πλευρά, η MGW είναι ικανή να στείλει και να δεχθεί IMS µέσα µέσω του Real-Time Protocol και από την άλλη πλευρά χρησιµοποιεί µία η περισσότερες PCM (Pulse Code Modulation) χρονοθυρίδες για να συνδεθεί µε το Cs δίκτυο. Επιπρόσθετα, η MGW πραγµατοποιεί µετατροπή των codecs όταν ένα IMS τερµατικό δεν υποστηρίζει τους codecs που χρησιµοποιούνται από το CS network Tοπικά και αποµακρυσµένα δίκτυα (Ηome και Visited δίκτυα) Το IMS δανείζεται µερικές ιδέες από το GSM και το GPRS, δηλαδή το να υπάρχει ένα τοπικό και ένα αποµακρυσµένο δίκτυο. Στο κυτταρικό µοντέλο, όταν χρησιµοποιούµε τηλέφωνα κυτταρικής τεχνολογίας µέσα στην περιοχή που ανήκουµε 22

23 , χρησιµοποιούµε την υποδοµή που παρέχεται από τον χειριστή του δικτύου µας. Αυτή η υποδοµή σχηµατίζει το επονοµαζόµενο τοπικό δίκτυο. Από την άλλη πλευρά, αν µετακινηθούµε προς µια περιοχή που βρίσκεται έξω από την περιοχή κάλυψης του τοπικού δικτύου χρησιµοποιούµε µια υποδοµή που δεν παρέχεται από τον χειριστή µας αλλά από έναν άλλον χειριστή. Αυτή η υποδοµή ονοµάζεται αποµακρυσµένο δίκτυο. Για να χρησιµοποιήσουµε ένα αποµακρυσµένο δίκτυο, ο χειριστής του αποµακρυσµένου δικτύου θα πρέπει να έχει υπογράψει µια συµφωνία µε τον χειριστή του τοπικού δικτύου. Σε αυτές τις συµφωνίες οι χειριστές διαπραγµατεύονται κάποιες υπηρεσίες που παρέχονται στους χρήστες, όπως είναι η τιµή των κλήσεων, η ποιότητα των υπηρεσιών και πως να ανταλλάσσονται οι εγγραφές λογαριασµών. Ο µόνος κόµβος στον οποίο στον οποίο µπορεί να τοποθετηθεί το IMS δίκτυο είτε στο τοπικό είτε στο αποµακρυσµένο δίκτυο, είναι ο P-CSCF. Επιπρόσθετα, όταν το IP-CAN(IP Connectivity Access Network) είναι το GPRS, η τοποθεσία του P-CSCF θεωρείται υποδεέστερη του GGSN. Στα σενάρια όπου έχουµε περιαγωγή, το GPRS επιτρέπει την τοποθέτηση του GGSN είτε στο τοπικό είτε στο αποµακρυσµένο δίκτυο. Στο IMS, το GSGN και ο P-CSCF µοιράζονται το ίδιο δίκτυο. Αυτό επιτρέπει στο P-CSCF να ελέγχει το GGSN µέσω της επονοµαζόµενης διεπαφής Go. To σχήµα 2.5 δείχνει την διαµόρφωση όπου ο P-CSCF (και ο GSN) τοποθετείται στο αποµακρυσµένο δίκτυο. Το σχήµα 2.6 δείχνει µια διαµόρφωση όπου ο P-CSCF και το GGSN τοποθετούνται στο αποµακρυσµένο δίκτυο. Σχήµα 2.5: Ο P-CSCF βρίσκεται στο αποµακρυσµένο δίκτυο 23

24 Σχήµα 2.6: Ο P-CSCF βρίσκεται στο τοπικό δίκτυο Παρόλα αυτά, η δεύτερη διαµόρφωση έχει ένα µεγάλο µειονέκτηµα σε σχέση µε την πρώτη. Εφόσον το επίπεδο µέσων διασχίζει το GGSN κάτι το GGSN βρίσκεται στο τοπικό δίκτυο, τα µέσα δροµολογούνται πρώτα στο home δίκτυο και µετά στον προορισµό τους. Αυτό το γεγονός δηµιουργεί καθυστερήσεις στο επίπεδο των µέσων. Τελικά, µπορούµε να συνοψίσουµε όλα τα διαγράµµατα σε ένα και να έχουµε έναν πίνακα που να υπάρχουν όλες οι οντότητες, οι διεπαφές και τα πρωτόκολλα που χρησιµοποιούνται σε κάθε σύνδεση των στοιχείων της αρχιτεκτονικής του IMS. Στο διάγραµµα φαίνονται όλα τα στοιχεία που απαρτίζουν την αρχιτεκτονική. Στο αριστερό µέρος του πίνακα φαίνονται τα ονόµατα των διεπαφών, στην µέση οι οντότητες και στο δεξί µέρος φαίνονται τα πρωτόκολλα που χρησιµοποιούνται. 24

25 Σχήµα 2.7: H αρχιτεκτονική IMS δικτύου και οι επεκτάσεις του [3] 25

26 Πίνακας 2.1: ιεπαφές, οντότητες και πρωτόκολλα του IMS [3] 26

27 Kεφάλαιο 3 Το επίπεδο σηµατοδοσίας στο IMS 3.1 Γενική εποπτεία του πρωτοκόλλου SIP Πολλοί πιστεύουν ότι το πιο σηµαντικό στοιχείο του επιπέδου σηµατοδοσίας είναι το πρωτόκολλο που πραγµατοποιεί έλεγχο συνόδου. Το πρωτόκολλο που έχει επιλεχθεί έτσι ώστε να φέρει εις πέρας αυτή την αποστολή στο IMS είναι το SIP. To SIP αρχικά δηµιουργήθηκε µέσα στην οµάδα εργασίας του IETF. Παρόλο που αρχικά σχεδιάστηκε ώστε να προσκαλεί χρήστες σε υπάρχουσες συνεδριάσεις πολυµέσων, σήµερα χρησιµοποιείται κυρίως για να δηµιουργεί, να µετατρέπει και να τερµατίζει συνόδους πολυµέσων. Επιπρόσθετα, υπάρχουν επεκτάσεις του SIP που κάνουν διανοµή άµεσων µηνυµάτων και άλλες που διαχειρίζονται τις επιπτώσεις διάφορων γεγονότων. Το SIP είναι ένα πρωτόκολλο που χρησιµοποιείται ευρέως ως πρωτόκολλο σηµατοδοσίας για το VoIP, µαζί µε το H.323 και άλλα. Το SIP έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: Είναι ανεξάρτητο του επιπέδου µεταφοράς, επειδή το SIP µπορεί να χρησιµοποιηθεί µαζί µε το UDP, το TCP, το ΑΤΜ και άλλα Είναι γραµµένο σε µορφή κειµένου, γεγονός που επιτρέπει στους ανθρώπους να διαβάσουν τα µηνύµατα του SIP To SIP λειτουργεί ως φορέας για το Session Description Protocol (SDP), το οποίο περιγράφει το περιεχόµενο των µέσων σε µία σύνοδο, για παράδειγµα τι IP ports θα χρησιµοποιήσουµε, τι codec θα χρησιµοποιήσουµε κτλ. Τυπικά, οι σύνοδοι SIP είναι απλές ροές πακέτων του Real-Time Transport Protocol (RTP). To RTP είναι ο φορέας του πραγµατικού περιεχοµένου φωνής και ήχου. Η πρώτη τυποποιηµένη έκδοση (SIP 2.0) είχε καθοριστεί στο RFC 2543.Το πρωτόκολλο διευκρινίστηκε περισσότερο στο RFC 3261, παρόλο που πολλές υλοποιήσεις χρησιµοποιούν ακόµα παλιότερες εκδόσεις. Το SIP είναι παρόµοιο µε το HTTP µοιράζεται µερικές από τις αρχές σχεδίασης του:µπορεί να διαβαστεί από τον άνθρωπο, αφού δεν έχει την µορφή γραφικών και σχεδιασµένο έτσι ώστε να έχει την µορφή αίτησης-απάντησης. Το SIP µοιράζεται πολλούς ίδιους κώδικες µε το HTTP, όπως είναι ο κώδικας «404 not found». Oι υπέρµαχοι του SIP υποστηρίζουν επίσης ότι είναι πιο απλό από το H.323. Όµως,µερικοί λαµβάνουν υπόψη τους ότι αρχικά το SIP δηµιουργήθηκε µε σκοπό να είναι αρκετά εύκολο και ότι στην τωρινή του µορφή είναι τόσο πολύπλοκο όσο και το Η.323.Το SIP και το Η.323 δεν περιορίζονται µόνο στην φωνητική επικοινωνία,αλλά µπορούν να διαχειρίζονται και άλλα είδη επικοινωνίας,από φωνή µέχρι video καθώς και µελλοντικές εφαρµογές. Υπάρχουν αρκετές διεπαφές προγραµµατισµού εφαρµογών πλατφόρµας Java που αναπτύχθηκαν ώστε να υποστηρίξουν τις SIP εφαρµογές Java [4]. 27

28 Προδιαγραφές JSR JAIN SIP API JSR 32 (1.0,1.1) Προδιαγραφή (JSIP) SIP API για J2ME JSR 180 (1.0) SIP Servlet API JSR 116 (1.0) JAIN: Java Application Programming Interfaces for Integrated Networks (JAIN) J2ME: Java Platform, Micro Edition JSR: Java Specification Requests 3.2 Έλεγχος της συνόδου στο IMS Προϋποθέσεις για την λειτουργία του IMS Το σχήµα 3.1 δίνει µια απεικόνιση των απαιτούµενων προϋποθέσεων. Πρώτα ο πάροχος υπηρεσιών IMS πιστοποιεί την αυθεντικότητα του τελικού χρήστη για να χρησιµοποιήσει την υπηρεσία IMS. Αυτό τυπικά απαιτεί µια συνδροµή ή ένα συµβόλαιο που υπογράφεται µεταξύ του χειριστή του IMS δικτύου και του χρήστη. Μετά,το τερµατικό IMS πρέπει να αποκτήσει πρόσβαση σε ένα IP-CAN(IP Connectivity Access Network) όπως είναι το GPRS, το ADSL ή το WLAN. Μέρος της προϋπόθεσης αυτής, είναι το IMS τερµατικό να αποκτήσει µια IP διεύθυνση. Όταν οι δύο αυτές προϋποθέσεις εκπληρωθούν, το IMS πρέπει να ανακαλύψει την IP διεύθυνση του P-CSCF που θα παίζει τον ρόλο του outbound/inbound proxy server. Όλη η SIP σηµατοδοσία που θα στέλνει το IMS τερµατικό θα διέρχεται µέσω του P-CSCF. Η ανακάλυψη της διαδικασίας που ακολουθεί ο P-CSCF µπορεί να γίνει ως µέρος της διαδικασίας δηµιουργίας σύνδεσης µε το IP-CAN ή ως ξεχωριστή διαδικασία, γεγονός που εξαρτάται από το IP Connectivity Access Network. Όταν οι προηγούµενες προϋποθέσεις εκπληρωθούν, το τερµατικό IMS εγγράφεται στο SIP επίπεδο εφαρµογών του IMS δικτύου. Η εγγραφή στο IMS επίπεδο είναι ανεξάρτητη από την εγγραφή στο IP-CAN. 28

29 Σχήµα 3.1: Προϋποθέσεις που απαιτούνται για να λάβουµε την υπηρεσία IMS IPv4 και IPv6 στο IMS Λόγω προβληµάτων που προέκυπταν από την χρήση του IPv4 το 3GPP αποφάσισε να επιλέξει το IPv6 ως την µοναδική επιτρεπόµενη έκδοση του IP για το IMS. Eπειδή όµως το Internet χρησιµοποιούσε το IPv4 και η έρευνα που γινόταν για την διάσχιση των NAT (Νetwork Address Translation) όσο αφορά το SIP βρισκόταν σε εξέλιξη, καθώς και επειδή το IPv4 είχε ήδη υλοποιηθεί σε όλα τα πρώτα προϊόντα IMS, το 3GPP δηµιουργήσε εφαρµογές του IPv4 για το IMS. H συνέπεια της εφαρµογής του IPv4 στο ΙΜS είναι µια καθυστέρηση στην εφαρµογή του IPv6 για το δηµόσιο Internet. Προτεραιότητα σε αυτό το σύγγραµµα, δίνουµε στην εφαρµογή του IPv IP Connectivity Access Network Παραδείγµατα IP Connectivity Access Network είναι οι DSL, οι γραµµές Dial-up και άλλα. Σε επίπεδο ασύρµατης επικοινωνίας,έχουµε τα δίκτυα Packet Data Access,όπως είναι το GPRS και τα WLAN. H διαδικασία που ακολουθείται ώστε να γίνει κάποιος συνδροµητής και να αποκτήσει µια IP διεύθυνση διαφέρει ανάλογα µε το IP Connectivity Access Network.H διαδικασία που ακολουθείται στο GPRS φαίνεται στο σχήµα 3.2.Όταν το IP-CAN δεν είναι το GPRS, το πρωτόκολλο που χρησιµοποιείται ώστε να διαµορφώσουµε το IMS τερµατικό είναι το DHCP. Tο DHCP χρησιµοποιείται για να στέλνουµε παραµέτρους διαµόρφωσης σε ένα τερµατικό. 29

30 Σχήµα 3.2: Πώς γίνεται η σύνδεση µε το IP στο GPRS Η διαδικασία ανακάλυψης του P-CSCF H ανακάλυψη του P-CSCF είναι η διαδικασία µε την οποία το IMS τερµατικό αποκτά την IP διεύθυνση ενός P-CSCF. Μπορεί να γίνει µε δύο διαφορετικούς τρόπους. Είτε µε ενσωµάτωση της διαδικασίας αυτής στην διαδικασία που δίνει πρόσβαση σε ένα I-CAN είτε ως ανεξάρτητη διαδικασία. Η ενσωµατωµένη διαδικασία εξαρτάται από το είδος του IP-CAN ενώ η ανεξάρτητη διαδικασία βασίζεται στο DHCP. H διαδικασία για το DHCP εικονίζεται στα βήµατα 1 και 2 του σχήµατος 3.3 Σχήµα 3.3: Η διαδικασία ανακάλυψης του P-CSCF που βασίζεται στο DHCP και το DNS Εγγραφή στο IMS επίπεδο Όταν το τερµατικό IMS ακολουθήσει την διαδικασία πρόσβασης στο IP-CAN,λάβει µια IPv6 διεύθυνση και ανακαλύψει την IP διεύθυνση του P-CSCF, το IMS τερµατικό µπορεί να αρχίσει την εγγραφή στο επίπεδο IMS. Σε αυτή τη διαδικασία ο χρήστης IMS ζητά εξουσιοδότηση ώστε να χρησιµοποιήσει τις IMS υπηρεσίες στο IMS δίκτυο. Το IMS δίκτυο πιστοποιεί την αυθεντικότητα και εξουσιοδοτεί τον χρήστη µε την δυνατότητα της πρόσβασης στο IMS δίκτυο. Η εγγραφή στο IMS επίπεδο επιτυγχάνεται µε µία αίτηση SIP REGISTER. Όµως, η διαδικασία αυτή 30

31 υπερφορτώνει το IMS λόγω της ανάγκης εκπλήρωσης της απαίτησης του 3GPP για ένα ελάχιστο αριθµό round trips. Αυτός ο στόχος επιτυγχάνεται µετά από δύο round trips όπως φαίνεται στο σχήµα 3.4. Σχήµα 3.4: Εγγραφή στο IMS επίπεδο Πριν δηµιουργήσει την αρχική αίτηση SIP REGISTER, το IMS τερµατικό λαµβάνει από την ISIM εφαρµογή (IP Multimedia Services Identity Module) τέσσερις παραµέτρους µε τις οποίες χρησιµοποιεί για να δηµιουργήσει την αίτηση SIP REGISTER. Αυτές οι παράµετροι είναι : Ο URI εγγραφής (Uniform Resource Identifier) H Ταυτότητα ηµόσιου Χρήστη (Public User Identity) H Ταυτότητα Προσωπικού Χρήστη (Private User Identity) H διεύθυνση επαφής (Contact) Παρακάτω παρατίθεται ένα παράδειγµα µιας αίτησης SIP REGISTER που στέλνει το ΙΜS τερµατικό στον P-CSCF. Πρέπει να σηµειωθεί ότι ο P-CSCF µπορεί να βρίσκεται είτε στο τοπικό είτε στο αποµακρυσµένο δίκτυο. Γενικά, ο P-CSCF µπορεί να µην βρίσκεται στο ίδιο δίκτυο µε το τοπικό δίκτυο και χρειάζεται εποµένως να δηµιουργήσει ένα σηµείο εισόδου µέσα στο τοπικό δίκτυο εκτελώντας τις διαδικασίες DNS που καθορίζονται στο RFC

32 Σχήµα 3.5: Το (1) REGISTER Αν υποθέσουµε ότι ο χρήστης ανοίγει το τερµατικό IMS και ο S-CSCF δεν έχει βρεθεί ακόµα, ο Ι-CSCF πρέπει να εκτελέσει µια διαδικασία επιλογής S-CSCF. Όταν συµβεί αυτό, ο Ι-CSCF συνεχίζει την διαδικασία πρoωθώντας τη διαδικασία SIP REGISTER για τον επιλεγµένο S-CSCF. Ένα παράδειγµα τέτοιας αίτησης SIP REGISTER φαίνεται στο παρακάτω σχήµα 5.6. Σχήµα 3.6: To (5) REGISTER 32

33 H απάντηση Sip 401 (unauthorized) φαίνεται στο σχήµα 3.7. Σχήµα 3.7: (10) 401 Unauthorized To καινούριο SIP REGISTER που στέλνεται στο δεύτερο round trip φαίνεται στο σχήµα 5.8 Σχήµα 3.8: (11) REGISTER To REGISTER που λαµβάνει ο S-CSCF και περιέχει τα πιστοποιητικά του χρήστη φαίνεται παρακάτω: 33

34 Σχήµα 3.9: To (15) REGISTER Με το παρακάτω REGISTER,ολοκληρώνεται η διαδικασία εγγραφής. Σχήµα 3.10: Το (20) 200 ΟΚ Στην περίπτωση που το IMS τερµατικό είναι εξοπλισµένο µε µια UICC (Universal Integrated Circuit Card) που δεν περιέχει µια ISIM εφαρµογή, ίσως επειδή η κάρτα αποκτήθηκε πριν λειτουργήσει η IMS υπηρεσία, ο χρήστης µπορεί ακόµα να 34

35 εγγραφεί στο IMS δίκτυο, αλλά υπάρχουν µερικά προβλήµατα. Το σχήµα 3.11 δείχνει την δοµή µιας IMSI. Σχήµα 3.11: οµή της IMSI Όταν λοιπόν ένα IMS τερµατικό είναι εξοπλισµένο µε µια UICC που δεν περιέχει µια ISIM, το τερµατικό εξάγει την IMSI (International Mobile Subscriber Identity) από την USIM µε σκοπό να δηµιουργηθεί µια προσωρινή Private User Identity), µια προσωρινή Public User Identity και ένας URI τοµέας τοπικού δικτύου που του επιτρέπει να δηµιουργήσει µια απαίτηση SIP REGISTER και να την δροµολογήσει στο δίκτυο Συνδροµή στο reg Event State Ας σκεφτούµε για ένα λεπτό την λειτουργία του SIP στο Internet αντί για τo ΙΜS. Στο SIP ένας User Agent µπορεί να εγγραφεί µε την βοήθεια ενός υπεύθυνου εγγραφών. Ας υποθέσουµε ότι αυτός ο υπεύθυνος εγγραφών πάψει να λειτουργεί, πως ενηµερώνεται ο User Agent για το ότι συνέβη αυτό; Για αυτό ακριβώς τον λόγο υπάρχει ένας µηχανισµός που εφαρµόζει εγγραφή και φαίνεται στο παρακάτω σχήµα: 35

36 Σχήµα 3.12: Ολοκληρωµένη εγγραφή στο IMS, συµπεριλαµβανοµένης της εγγραφής στην reg event state Εγκατάσταση βασικής συνόδου (Basic Session Setup) Σε αυτή την ενότητα µε την βοήθεια του σχήµατος θα δούµε το πως ένα IMS τερµατικό δηµιουργεί µια σύνδεση µε ένα άλλο IMS τερµατικό. Καθώς τα δύο τερµατικά είναι IMS τερµατικά, θα υποστηρίζουν τις ίδιες δυνατότητες. Καµµία από τις δυο πλευρές δεν έχουν υπηρεσίες που να σχετίζονται µε την σύνοδο. 36

37 Σχήµα 3.13: Εγκατάσταση βασικής συνόδου, µέρος πρώτο Σχήµα 3.14: Εγκατάσταση βασικής συνόδου, µέρος δεύτερο 37

38 3.2.8 Application Servers : Παρέχοντας υπηρεσίες στους χρήστες Η µελέτη της εγκατάστασης της βασικής συνόδου δίνει µια επισκόπηση µιας βασικής συνόδου ήχου και εικόνας που δηµιουργείται µεταξύ δυο IMS χρηστών, όπου κανένας από τους χρήστες δεν εκτελεί κάποια υπηρεσία. Ένα πιο ρεαλιστικό παράδειγµα θα ήταν, να παρέχουµε µία ή περισσότερες υπηρεσίες είτε στο ένα είτε στο άλλο τερµατικό ή και στα δύο. Συνήθως θα υπάρχουν αρκετοί ASs, όπου ο καθένας θα ειδικεύεται στο να παρέχει µια συγκεκριµένη υπηρεσία.κάποιοι θα υλοποιούν κάποιες τεχνολογίες, όπως είναι η Java, SIP servlets ή SIP CGI(Common Gateway Interface). Όλοι αυτοί οι ASs χαρακτηρίζονται από το γεγονός ότι υλοποιούν µια διεπαφή SIP µε τον S-CSCF. To σχήµα 3.15 δείχνει τους πιθανούς συνδυασµούς των ASs και τις διαφορετικές διεπαφές. Επίσης κάθε AS µπορεί να υλοποιήσει άλλα πρωτόκολλα όπως είναι το HTTP ή το WAP. Σχήµα 3.15: ιεπαφές µε τον Application Server Tα είδη των Application Servers O SIP Application Server: O SIP Application Server είναι ο τοπικός AS του IMS O Οpen Service Access-Service capability Server (OSA-SCS): Είναι αυτός που παρέχει την δυνατότητα να λειτουργεί ως πύλη ώστε να εκτελεί OSA υπηρεσίες στο IMS O IM-SSF Application Server: Αυτός ο AS παρέχει µια πύλη στις υπηρεσίες δικτύων που έχουν κληρονοµηθεί και υλοποιούν CAMEL υπηρεσίες, που εφαρµόζονται ευρέως στα GSM δίκτυα Θα πρέπει να επισηµάνουµε σε αυτό το σηµείο ότι πρέπει να διερευνηθεί και πως ο AS προσαρµόζεται σε όλο αυτό το µονοπάτι της συνόδου και την διαφορετική SIP συµπεριφορά που έχουν. Αυτή η περιγραφή είναι εφαρµόσιµη σε όλα τα διαφορετικά είδη των AS. 38

39 3.2.9 Κριτήρια Φιλτραρίσµατος Τα κριτήρια φιλτραρίσµατος είναι από τα πιο σηµαντικά τµήµατα των πληροφοριών του χρήστη που είναι αποθηκευµένες στο δίκτυο, επειδή αποφασίζουν τις υπηρεσίες που θα παρέχεται σε κάθε χρήστη. Τα κριτήρια φιλτραρίσµατος περιέχουν µια συλλογή από πληροφορίες σχετικές µε τον χρήστη που βοηθούν τον S- CSCD να αποφασίσει πότε θα χρησιµοποιήσει κάποιον συγκεκριµένο Application Server. 3.3 Συνεργασία (Interworking) To ΙΜS θα είναι πιο ελκυστικό αν οι χρήστες έχουν την δυνατότητα να επικοινωνήσουν µε άτοµα που βρίσκονται στο PSTN και στο Internet. 3.4 Το AAA στο IMS Πιστοποίηση, Εξουσιοδότηση και Λογιστική Οι αγγλικοί όροι είναι οι εξής (αυτούς θα χρησιµοποιήσουµε στην συνέχεια): Authentication: είναι η πιστοποίηση της αυθεντικότητας µίας οντότητας. Αuthorization: είναι η εξουσιοδότηση που δίνεται σε µια οντότητα ώστε να έχει πρόσβαση σε µια πηγή. Accounting: είναι η διαδικασία κατά την οποία συλλέγονται πληροφορίες σχετικές µε την χρήση των πόρων, µε σκοπό τον σχεδιασµό της χωρητικότητας, την χρέωση και άλλα. Γενικά το authentication και το authorization συνδέονται µεταξύ τους στο IMS. Αντιθέτως, το accounting είναι µια ξεχωριστή λειτουργία που εκτελείται από διαφορετικούς κόµβους. Το σχήµα 3.16 δείχνει την IMS αρχιτεκτονική για τις λειτουργίες του authentication και του authorization.τα authentication, authorization εκτελούνται µέσω τριών διεπαφών, των Cx, Dx και Sh. H διεπαφή Cx υπάρχει µεταξύ ενός Home Subscriber Server (HSS) και ενός I-CSCF ή έναν S-CSCF. Όταν περισσότεροι από έναν HSS είναι παρών στο δίκτυο,υπάρχει µια ανάγκη για µια Subscription Locator Function (SLF) για να βοηθηθούν οι I-CSCF και S-CSCF να αποφασίσουν ποιος HSS αποθηκεύει τα δεδοµένα για έναν δεδοµένο χρήστη. Η Sh διεπαφή υπάρχει µεταξύ ενός HSS και είτε ενός SIP Application Layer ή ενός ΟSA Service Capability Server.Η διεπαφή Dx συνδέει έναν I-CSCF ή έναν S-CSCF σε µία SLF. Για έναν συγκεκριµένο χρήστη, ο I-CSCF και ο S-CSCF χρησιµοποιούν τις Cx και Dx διεπαφές για να εκτελέσουν τις ακόλουθες λειτουργίες: Να εντοπίσουν έναν ήδη τοποθετηµένο S-CSCF στον χρήστη. Να εξουσιοδοτήσουν τον χρήστη µε την δυνατότητα roaming σε ένα αποµακρυσµένο δίκτυο. Να καταγράψουν στον HSS την διεύθυνση του S-CSCF που βρίσκεται στον χρήστη. 39

40 Να ενηµερώσουν τον HSS για την κατάσταση εγγραφής της ταυτότητας ενός χρήστη Να λάβουν από τον HSS το profile του χρήστη που περιέχει τα κριτήρια φιλτραρίσµατος. Να προωθήσουν το profile του χρήστη από τον HSS στον S-CSCF όταν το profile του χρήστη έχει αλλάξει. Να παρέχουν στον I-CSCF τις απαραίτητες πληροφορίες για να επιλέξουν έναν S-CSCF. Σχήµα 3.16: Η αρχιτεκτονική του authorization και του authentication στο IMS Oι εντολές όπως ορίζονται στην Diameter εφαρµογή για την Cx διεπαφή Με σκόπο να εκτελεστούν κάποιες λειτουργίες από τους I-CSCF και S-CSCF των Cx και Dx διεπαφών, η Diameter εφαρµογή έχει ορίσει κάποιες εντολές.αυτές φαίνονται παρακάτω : User Authorization Request and Answer (UAR, UAA) Multimedia Auth. Request and Answer (MAR, MAA) Server Assignment Request and Answer (SAR, SAA) Location Information Request and Answer (LIR, LIA) Registration Termination Request and Answer (RTR, RTA) Push Profile Request and Answer (PPR, PPA) H διεπαφή Sh παρέχει την δυνατότητα αποθήκευσης δεδοµένων και ένα είδος αποκατάστασης λειτουργιών, όπως είναι για παράδειγµα όταν ένας Application Server λαµβάνει δεδοµένα από τον HSS ή όταν ο Application Server στέλνει δεδοµένα στον HSS. Aυτά τα δεδοµένα θα µπορούσαν να ήταν κείµενα εκτέλεσης υπηρεσιών ή παράµετροι διαµόρφωσης που εφαρµόζονται στον χρήστη και σε µια 40

41 συγκεκριµένη υπηρεσία. Το πρωτόκολλο που χρησιµοποιείται στην διεπαφή Sh, είναι το Diameter µαζί µε µια εφαρµογή του Diameter. Tα δεδοµένα του χρήστη που χρησιµοποιούνται σε µια Sh διεπαφή µπορούν να είναι τα παρακάτω: Repository data Public identifiers IMS user state S-CSCF name Initial filter criteria Location information User state Charging information Οι εντολές που χρησιµοποιούνται για την διεπαφή Sh και ορίζονται από την εφαρµογή Diameter είναι οι εξής: User Data Request and Answer (UDR, UDA) Profile Update Request and Answer (PUR, PUA) Subscribe Notifications Request and Answer (SNR, SNA) Push Notification Request and Answer (PNR, PNA) Το profile του χρήστη Το profile του χρήστη, που είναι αποθηκευµένο στον HSS περιέχει πολλές πληροφορίες που σχετίζονται µε έναν συγκεκριµένο χρήστη. Ο S-CSCF «κατεβάζει» το profile του χρήστη, όταν ο χρήστης εγγράφεται για πρώτη φορά σε αυτό τον S- CSCF. H δοµή του φαίνεται στο παρακάτω σχήµα: Σχήµα 3.2: οµή του προφίλ του χρήστη 41

42 3.4.4 Το Accounting To αccounting oρίζεται ως η συλλογή των δεδοµένων κατανάλωσης των πόρων µας για λόγους ανάλυσης χωρητικότητας, ανάλυσης ανάπτυξης και εύρεσης κόστους. Το ΙΜS χρησιµοποιεί το Diameter πρωτόκολλο για να µεταφέρει τις πληροφορίες για το accounting στο οποίο βασίζεται το IMS. Oι CSCFs πληροφορούν το σύστηµα χρέωσης για το είδος και το µήκος των συνόδων που κάθε χρήστης δηµιουργεί. Επιπρόσθετα, οι δροµολογητές πληροφορούν το σύστηµα χρέωσης για την δραστηριότητα των µέσων κατά την διάρκεια αυτών των συνόδων Η αρχιτεκτονική της χρέωσης Η αρχιτεκτονική χρέωσης του IMS ορίζει την ύπαρξη δύο διαφορετικών µοντέλων χρέωσης:την χρέωση εκτός σύνδεσης και την χρέωση εντός σύνδεσης. Η χρέωση εκτός σύνδεσης εφαρµόζεται σε χρήστες που πληρώνουν για τις υπηρεσίες τους περιοδικά (για παράδειγµα στο τέλος του µήνα). Η χρέωση εντός σύνδεσης χρησιµοποιείται για να χρεώνονται προπληρωµένες υπηρεσίες. Τα δυο µοντέλα χρέωσης µπορούν να εφαρµοστούν στην ίδια σύνοδο. Ένας χρήστης για παράδειγµα µπορεί να έχει µια µόνιµη σύνδεση για να κάνει φωνητικές κλήσεις ή και µια πιστωτική κάρτα που να αξίζει όσο δέκα λεπτά video. Το σχήµα 3.3 δείχνει µια πλήρη απεικόνιση της αρχιτεκτονικής της χρέωσης εκτός σύνδεσης. 42

43 Σχήµα 3.3: Αρχιτεκτονική της χρέωσης εκτός σύνδεσης στο IMS Σχήµα 3.4: Aρχιτεκτονική της χρέωσης εντός σύνδεσης του IMS 43

44 H Rf διεπαφή, είναι η διεπαφή µεταξύ ενός CCF µε έναν CSCF, έναν AS, έναν MRFC, έναν BGCF ή έναν MGFC, όπως φαίνεται στο σχήµα 3.3 και βασίζεται στο πρωτόκολλο Diameter και την εφαρµογή Diameter για τις Rf/Ro διεπαφές. 3.5 Η ασφάλεια (security) στο IMS To IMS security διαιρείται στο security πρόσβασης και στο security δικτύου. Το security πρόσβασης αφορά την πιστοποίηση της αυθεντικότητας των χρηστών του δικτύου και την προστασία της κίνησης µεταξύ του IMS τερµατικού και του δικτύου. Το security δικτύου έχει να κάνει µε την προστασία της κίνησης µεταξύ των κόµβων του δικτύου, που µπορεί να ανήκουν στον ίδιο ή σε διαφορετικούς χειριστές. Το IMS χρησιµοποιεί το πρωτόκολλο IPsec για το security πρόσβασης καθώς και για το security δικτύου. Όσα αφορά το security πρόσβασης, ένας χρήστης που προσπαθεί να έχει πρόσβαση στο IMS πρέπει να του έχει δοθεί εξουσιοδότηση και να έχει πιστοποιηθεί η αυθεντικότητά του πριν χρησιµοποιήσει κάποια από τις IMS υπηρεσίες. Όταν ένας χρήστης εξουσιοδοτείται, η SIP κίνηση προστατεύεται µεταξύ του ΙΜS τερµατικού και του P-CSCF χρησιµοποιώντας δυο διαφορετικές συνεργασίες IPsec security. To authentication, το authorization του χρήστη και η δηµιουργία συνεργασίας IPsec security γίνεται χρησιµοποιώντας ανταλλαγές REGISTER. O S-CSCF, έχοντας τα στοιχεία authentication που έχει λάβει από τον HESS (Home Subscriber Server), πιστοποιεί την αυθεντικότητα και εξουσιοδοτεί τον χρήστη, ενώ ο P-CSCF δηµιουργεί τις συνεργασίες IPsec security µε το τερµατικό. Κατά την διάρκεια της διαδικασίας πιστοποίησης της αυθεντικότητας, ο χρήστης πιστοποιεί επίσης την αυθεντικότητα του δικτύου ώστε να επαληθεύσει το γεγονός ότι δεν επικοινωνούν µε ένα δίκτυο που δεν υπάρχει. Βασίζεται στην ύπαρξη της εφαρµογής ISIM που βρίσκεται είτε πάνω σε µια UICC κάρτα είτε σε µια «έξυπνη» κάρτα. Εκεί φυλάσσονται πληροφορίες που αφορούν την συνεργασία χρήστη και χειριστή του δικτύου. Υπάρχουν όµως και άλλες πληροφορίες σχετικές µε την εγγραφή του χρήστη, όπως η ιδιωτική ταυτότητα του συνδροµητή, µια δηµόσια ταυτότητα και ο τοµέας του τοπικού χειριστή. Αυτές οι πληροφορίες χρησιµοποιούνται όταν «τρέχουµε» την διαδικασία Authentication and Κey Agreement (AKA) κατά την διάρκεια της αρχικής εγγραφής του χρήστη. Το security δικτύου ασχολείται µε την ασφάλεια της κίνησης µεταξύ δύο διαφορετικών τοµέων, όπου ένας τοµέας security είναι ένα δίκτυο που διαχειρίζεται από µια διοικητική αρχή. Για παράδειγµα, σύνοδοι όπου ο P-CSCF και ο S-CSCF βρίσκονται σε διαφορετικά δίκτυα περιλαµβάνουν ανταλλαγές κίνησης µεταξύ διαφορετικών τοµέων security. Όλη η κίνηση που έρχεται ή φεύγει από ένα τοµέα security, διασχίζει µια SEG (Security Gateway). Συνεπώς, η κίνηση που στέλνεται από ένα τοµέα σε έναν άλλο τοµέα υπηρεσιών διασχίζει δυο SEGs όπως φαίνεται στο σχήµα Η κίνηση µεταξύ των SEGs προστατεύεται χρησιµοποιώντας το IPsec ESP(Εncapsulated Security payload). Oι συνεργασίες του security µεταξύ των SEGs δηµιουργούνται και διατηρούνται χρησιµοποιώντας την IKE. Μέσα σε έναν τοµέα security,οι οντότητες του δικτύου ανταλλάσσουν κίνηση µε τους SEGs του τοµέα χρησιµοποιώντας το IPsec. Οι οντότητες του δικτύου µέσα σε ένα τοµέα χρησιµοποιούν το IPsec και για να ανταλλάσσουν κίνηση µεταξύ τους. Με αυτό τον τρόπο οι SEGs χρησιµοποιούνται όπως κάθε άλλη οντότητα µέσα στον τοµέα. Το σχήµα 3.5 διευκρινίζει αυτό το σηµείο. Η διεπαφή µεταξύ των κλασσικών 44

45 οντοτήτων του δικτύου καθώς και µεταξύ των οντοτήτων του δικτύου και των SEGs είναι η ίδια: η διεπαφή Za. Η πιστοποίηση της αυθεντικότητας,η προστασία της ακεραιότητας και η διαδικασία της απόκρυψης είναι υποχρεωτική στην διεπαφή Za. Αυτό προσφέρει στην IMS κίνηση εντός του τοµέα, τον µέγιστο βαθµό προστασίας. Η διεπαφή Zb έχει σχεδιαστεί ώστε να προστατεύει τo επίπεδο IMS σηµατοδοσίας. Καθώς η διεπαφή µεταφέρει κίνηση µέσω του χειριστή, εξαρτάται από τον χειριστή να αποφασίσει αν θα αναπτύξει την διεπαφή και στην περίπτωση που η διεπαφή αναπτυχθεί, ποιες λειτουργίες security να περιέχει (η προστασία της ακεραιότητας είναι υποχρεωτική αν η διεπαφή Zb υλοποιηθεί, αλλά η απόκρυψη είναι προαιρετική) Σχήµα 3.5: Οι διεπαφές Za kai Zb 3.6 Η πολιτική που χρησιµοποιείται στο IMS To IMS χρησιµοποιεί το COPS πρωτόκολλο για να µεταφέρει πληροφορίες που σχετίζονται µε την πολιτική, αλλά δεν χρησιµοποιεί ένα µοντέλο. Χρησιµοποιείται µια µίξη δύο µοντέλων COPS. Η τυποποίηση του µηνύµατος και η χρήση των PIBs προέρχονται από το ένα µοντέλο. Η µεταφορά των αποφάσεων πολιτικής σε πραγµατικό χρόνο προέρχεται από το άλλο µοντέλο. 3.7 Η ποιότητα υπηρεσιών (Quality Of Service) στο IMS To IMS υποστηρίζει αρκετά µοντέλα QoS: τα τερµατικά χρησιµοποιούν πρωτόκολλα του στρώµατος ζεύξης, RSVP ή DiffServ κώδικες ενώ τα δίκτυα χρησιµοποιούν το DiffServ µοντέλο και το RSVP.Αν παρατηρήσουµε πως λειτουργεί το QoS στο δίκτυο, θα δούµε ότι η διαδικασία έχει ως εξής. Το GGSN δέχεται κίνηση από έναν δοσµένο τερµατικό σταθµό µέσω ενός PDP περιβάλλοντος, του αναθέτει ένα κατάλληλο DSCP (Differentiated Services Codepoint) και το στέλνει σε ένα δίκτυο που έχει εφαρµοστεί το Diffserv µοντέλο, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήµα. Με λίγα λόγια, το GGSN υλοποιεί την λειτουργία του DiffServ άκρου στο σχήµα µας. 45

46 Σχήµα 3.6: Αντιστοίχιση της πληροφορίας PDP περιβάλλοντος στα DSCPs µέσω του GGSN To DSCP που αντιστοιχεί σε συγκεκριµένο περιβάλλον PDP εκχωρείται, βασιζόµενο σε κανόνες που διαµορφώνονται στατιστικά στο GGSN. Επίσης, όταν χρησιµοποιείται το RSVP, το GGSN µπορεί να χρησιµοποιήσει την πληροφορία που µεταφέρεται µε την σηµατοδοσία του RSVP ώστε να αποφασίσει ποιο DSCP να χρησιµοποιήσει. 46

47 Κεφάλαιο 4 Παροχή υπηρεσιών από το IMS Σε αυτό το κεφάλαιο, θα παρουσιάσουµε υπηρεσίες που απαιτούν τυποποίηση. Επιλέξαµε τις πιο σηµαντικές που αρχικά θα παρέχονται από το IMS: η παρουσία (presence), η στιγµιαία αποστολή µηνύµατος (instant-messaging) και η Push - to - Talk. Φυσικά αυτή η λίστα υπηρεσιών δεν είναι µοναδική, υπάρχουν και άλλες υπηρεσίες που µπορούν να την συµπληρώσουν. Για παράδειγµα, το 3GPP και η IETF εργάζονται πάνω στην τυποποίηση της υπηρεσίας της συνεδρίασης (conferencing). 4.1 Η υπηρεσία της παρουσίας (presence) στο διαδίκτυο H presence είναι από τις βασικές υπηρεσίες που στο µέλλον θα υπάρχουν παντού. Από την µία πλευρά, η υπηρεσία presence είναι ικανή να παρέχει εκτεταµένη πληροφόρηση σε κάποιους χρήστες. Από την άλλη, άλλες υπηρεσίες είναι ικανές να διαβάσουν και να καταλάβουν την πληροφορία της presence, έτσι ώστε η υπηρεσία που παρέχεται στον χρήστη να τροποποιείται ανάλογα µε τις ανάγκες του χρήστη Επισκόπηση της υπηρεσίας presence H presence είναι η υπηρεσία που επιτρέπει σε έναν χρήστη να πληροφορείται για την δυνατότητα προσέγγισης, για την διαθεσιµότητα και την επιθυµία επικοινωνίας ενός άλλου χρήστη. Η υπηρεσία presence µπορεί να δείχνει αν άλλοι χρήστες είναι online ή όχι και αν είναι online ποια είναι η κατάστασή τους. ηλαδή αν είναι απασχοληµένοι µε κάποια εργασία. Επίσης, η presence υπηρεσία επιτρέπει σε χρήστες να δίνουν λεπτοµέρειες των µέσων επικοινωνίας τους και των ικανοτήτων τους. Η αρχιτεκτονική της SIP presence υπηρεσίας καθορίζει διάφορους ρόλους. Το άτοµο που παρέχει την presence πληροφορία στην presence υπηρεσία,ονοµάζεται presence οντότητα. Στο σχήµα 4.1 αυτό τον ρόλο τον έχει η Alice. Αυτή η οντότητα παρέχει την presence πληροφορία ενώ έχει αρκετές συσκευές που είναι γνωστές ως Presence User Agents (PUA) που παρέχουν πληροφορίες για την παρουσία της Alice.στο σχήµα µας, υπάρχουν 3 PUAs: ένα ΙΜS τερµατικό, ένα laptop και ένας σταθερός υπολογιστής. Το laptop γνωρίζει πότε η Alice είναι logged on ή όχι. Το ίδιο κάνει και ο σταθερός υπολογιστής. Το IMS τερµατικό γνωρίζει την κατάσταση στην οποία βρίσκεται η εγγραφή της Alice και αν έχει δεσµευτεί ή όχι µε κάποια µορφή επικοινωνίας. Όλοι οι PUAs στέλνουν τις πληροφορίες τους στον PA(Presence Agent). O PA µαζεύει όλη την πληροφορία που έχει δεχτεί και έχει πλέον µια πλήρη εικόνα της παρουσίας της Alice. Το σχήµα δείχνει επίσης και δυο παρατηρητές,τον Bob και την Cynthia. Παρατηρητής είναι µια οντότητα που ζητά (από τον PA) presence πληροφορία για µια presentity(πχ. την Alice) ή πληροφορία για τους παρατηρητές. Υπάρχουν διάφορα είδη παρατηρητών. 47

48 Σχήµα 4.1: Αρχιτεκτονική της SIP presence υπηρεσίας Η υπηρεσία presence είναι µια ειδική εφαρµογή που βρίσκεται στην κορυφή της διεπαφής του SIP event notification. Αυτή η διεπαφή, είναι µια διεπαφή που χρησιµοποιείται µε σκοπό να γνωρίζουµε την κατάσταση µιας δοσµένης πηγής και να εντοπίζουµε αλλαγές σε αυτή την κατάσταση. Για παράδειγµα, σε µια δεδοµένη στιγµή η κατάσταση της παρουσίας της Alice είναι «online». Όταν όµως κάνει log off από τον υπολογιστή της, η κατάσταση της παρουσίας της αλλάζει σε «offline».σε αυτό το παράδειγµα, η πηγή είναι η Αlice και η πληροφορία της κατάστασης της είναι η πληροφορία της παρουσίας της. Η ίδια διεπαφή επιτρέπει σε έναν PUA να εγγραφεί σε µια presence πληροφορία µιας presentity (πχ. της Αlice). H κατάσταση της εγγραφής αποθηκεύεται στον PA της presentity που λειτουργεί ως ειδοποιητής. Ο PA ειδοποιεί όλους τους εγγεγραµµένους PUAs όταν συµβαίνει µια αλλαγή στην presence πληροφορία µιας presentity. Αυτά που αναφέραµε προηγουµένως, αφορούν γενικά την presence υπηρεσία στο διαδίκτυο. Η presence υπηρεσία στο IMS έχει µια αρχιτεκτονική που ουσιαστικά απεικονίζει την αντιστοιχία των ρόλων που αναφέραµε για λειτουργικές οντότητες του IMS. To ΙΜS τερµατικό παίζει τον ρόλο του παρατηρητή καθώς και του PUA. O Presence Agent είναι ένας Application Server (AS) που βρίσκεται κάπου στο τοπικό δίκτυο. Στο IMS ο PA αναφέρεται ως Presence Server (PS). Eπίσης, υλοποιείται και ένας Resource List Server (RLS) ως Αpplication Server. Kάθε AS που παρέχει οποιαδήποτε άλλη υπηρεσία µπορεί να λειτουργεί ως παρατηρητής της presence πληροφορίας της presentity. Oι περισσότερες διεπαφές έχουν ένα όνοµα που αρχίζει από «P», αλλά οι περισσότερες από αυτές είναι υπάρχουσες διεπαφές IMS SIP ή Diameter πρωτοκόλλου που αντιστοιχούν σε µια υπάρχουσα λειτουργία. Οι «P» διεπαφές αξίζει να παρατηρηθούν,αφού επιτρέπουν σε έναν AS που ενεργεί ως PUA να δηµοσιεύσουν presence πληροφορία στον PA της presentity. O PUA λαµβάνει την presence πληροφορία από οποιαδήποτε πηγή πληροφόρησης όπως είναι ο HLR(Ηοme Location Register ), o ΜSC/VLR (Mobile Switching Center/Visited Location Register) στα δίκτυα µεταγωγής κυκλώµατος, ο SGSN (Serving GPRS Support Node), o GGSN (Gateway GPRS Support Node) στα GPRS δίκτυα ή ο S-CSCF κατά την διαδικασία της εγγραφής στο IMS. Mια καινούρια διεπαφή είναι η επονοµαζόµενη Ut διεπαφή. Αυτή η διεπαφή βρίσκεται µεταξύ του τερµατικού IMS και οποιουδήποτε server εφαρµογών,όπως είναι ο PA ή ένας RLS. H διεπαφή Ut, επιτρέπει στον χρήστη να εµπλακεί στην 48

49 διαµόρφωση και στον χειρισµό των δεδοµένων, όπως είναι η διαµόρφωση της presence λίστας, η πιστοποίηση των παρατηρητών και άλλα. Το πρωτόκολλο αυτής της διεπαφής είναι το XCAP (XML Configuration Access protocol). Σχήµα 4.2: Αρχιτεκτονική της presence υπηρεσίας, που βασίζεται στο SIP, για το IMS Η υπηρεσία της Στιγµιαίας Αποστολής Μηνύµατος (Instant Messaging) Η στιγµιαία αποστολή µηνύµατος είναι από τις πιο δηµοφιλείς υπηρεσίες σήµερα. Πολλοί άνθρωποι χρησιµοποιούν την υπηρεσία για να διατηρήσουν την επαφή µε τους συγγενείς τους, φίλους, συναδέλφους και άλλα. Εκατοµµύρια µηνυµάτων στέλνονται κάθε µέρα. Εποµένως, δεν είναι έκπληξη ότι αυτή η υπηρεσία υποστηρίζεται ήδη στο IMS. To instant messaging είναι η υπηρεσία που επιτρέπει σε έναν χρήστη να στέλνει κάποιο περιεχόµενο σε έναν άλλο χρήστη σε σύντοµο πραγµατικό χρόνο. Λόγω των χαρακτηριστικών του πραγµατικού χρόνου, το περιεχόµενο τυπικά δεν αποθηκεύεται στους κόµβους των δικτύων, όπως συνήθως συµβαίνει µε άλλες υπηρεσίες όπως είναι το . To instant messaging συνδυάζει τέλεια την presence υπηρεσία, εφ όσον η presence επιτρέπει σε έναν χρήστη να είναι ενηµερωµένος όταν οι άλλοι χρήστες γίνονται διαθέσιµοι. Τότε, οι χρήστες µπορούν να στείλουν µηνύµατα στους φίλους τους και να αρχίσουν κάποιο είδος συζήτησης µέσω µηνυµάτων. Υπάρχουν δύο είδη λειτουργίας της υπηρεσίας instant messaging, γεγονός που οφείλεται στο αν τα στιγµιαία µηνύµατα δεν έχουν σχέση µε προηγούµενα ή µελλοντικά στιγµιαία µηνύµατα. Αυτό το είδος instant messaging ονοµάζεται pager mode. Το µοντέλο αυτό είναι παρόµοιο µε την υπηρεσία SMS στα κυτταρικά δίκτυα. 49

50 Θα αναφερόµαστε στην υπηρεσία session-based instant messaging όταν στέλνονται µηνύµατα τα οποία αποτελούν µέρος µιας υπάρχουσας συνόδου που τυπικά εγκαθίσταται µε µια αίτηση SIP INVITE. Στην υπηρεσία pager-mode η IETF δηµιούργησε µια επέκταση του SIP που επιτρέπει σε έναν SIP US να στέλνει ένα στιγµιαίο µήνυµα σε έναν άλλον UA. H επέκταση αυτή, αποτελείται από µια νέα µέθοδο SIP που ονοµάζεται MESSAGE. Η µέθοδος SIP MESSAGE, που ορίζεται στο RFC 3428, είναι ικανή να µεταφέρει οποιοδήποτε είδος ωφέλιµου φορτίου στο σώµα του µηνύµατος µε µια κατάλληλη τυποποίηση MIME τύπου. Η διαδικασία φαίνεται καλύτερα στο παρακάτω σχήµα 4.3. Σχήµα 4.3: Μέθοδος pager-mode της υπηρεσίας instant messaging Τα προηγούµενα που αναφέραµε, αφορούν την pager-mode υπηρεσία του instant messaging για το Internet. Στο IMS, o κύριος λόγος για τον οποιο υφίσταται papermode στιγµιαίο µηνύµα είναι να επιτρέψει στον S-CSCF ή στους Application Servers να στέλνουν µικρά στιγµιαία µηνύµατα στο IMS τερµατικό. Εφ όσον η MESSAGE µέθοδος είναι ήδη υλοποιηµένη στα IMS τερµατικά, οι χρήστες είναι ικανοί να στέλνουν pager-mode στιγµιαία µηνύµατα σε άλλους IMS χρήστες. Η session-based υπηρεσία του instant messaging χρησιµοποιεί την µέθοδο SIP INVITE για να εγκαταστήσει µια σύνοδο όπου το επίπεδο µέσων δεν είναι ούτε ήχος ούτε εικόνα αλλά µια ανταλλαγή στιγµιαίων µηνυµάτων. Όταν ένας UAC εγκαθιστά µια σύνοδο για να στέλνει και να δέχεται ήχο και εικόνα, τα µέσα στέλνονται µέσω του Real Τime Transport Protocol(RTP). Όµως, όταν ο UAC εγκαθιστά µια σύνοδο για να δέχεται και να στέλνει στιγµιαία µηνύµατα, τα πραγµατικά µέσα (δηλαδή η συλλογή των στιγµιαίων µηνυµάτων) στέλνονται µέσω του Message Session Relay Protocol. To MSRP, είναι ένα απλό πρωτόκολλο που έχει την µορφή κειµένου και το χαρακτηριστικό του οποίου είναι ότι «τρέχει» µέσω πρωτοκόλλων µεταφοράς, όπως είναι το TCP, που προσφέρουν έλεγχο συµφόρησης. Σαφώς, το MSRP δεν «τρέχει» µέσω του UDP ή κάποιο άλλο πρωτόκολλο µεταφοράς που δεν προσφέρει έλεγχο συµφόρησηε. Εξαιτίας αυτού, το κύριο χαρακτηριστικό του MSRP είναι να µην επιβάλλει περιορισµό στο µέγεθος του µηνύµατος. Άλλο χαρακτηριστικό του MSRP είναι ότι «τρέχει» στο επίπεδο των µέσων. Το MSRP εξασφαλίζει την δυνατότητα των στιγµιαίων µηνυµάτων να διασχίσουν ένα, δύο ή κανένα MSRP relays. Tα MSRP relays παίζουν έναν σηµαντικό ρόλο όταν κάποιο από τα άκρα τοποθετείται πίσω από εναν NAT(Network Address Translator). Eίναι επίσης σηµαντικά για τους διαχειριστές του δικτύου όταν διαµορφώνουν µια διάβαση firewall.επιπρόσθετα, τα MSRP relays µπορούν να παρέχουν και στατιστικές ή logging υπηρεσίες. 50

51 Tα προηγούµενα αφορούν την session-based υπηρεσία του instant messaging στο Internet. Στο IMS, το MSRP πρωτόκολλο υλοποιείται στα IMS τερµατικά. Επιπρόσθετα, το ΜRFP µπορεί να υλοποιήσει επίσης MSRP. Ο λόγος για τον οποίο συµβαίνει αυτό είναι ότι υπάρχουν δυο διαφορετικά σενάρια για να εγκαταστήσουµε µια σύνοδο στιγµιαίων µηνυµάτων. Στο πρώτο σενάριο, ένα IMS τερµατικό εγκαθιστά µια σύνοδο ως προς ένα άλλο άκρο. Τα SIP µηνύµατα διασχίζουν κανονικούς IMS κόµβους. Tο MSRP µετά στέλνεται από την µια άκρη στην άλλη. Η µόνη διαφορά από την συνηθισµένη βασική διαδικασία της συνόδου είναι η προαπαιτούµενη απαίτηση επέκτασης στην αίτηση του INVITE H υπηρεσία Push - to - Talk over Cellular Αναµένεται η υπηρεσία Push to-talk over Cellular (PoC) να είναι η πρώτη υπηρεσία που να βασίζεται στο IMS και να παρέχεται από πολλούς χειριστές κινητής επικοινωνίας επειδή δεν απαιτεί την εφαρµογή των νέων ραδιο-τεχνολογιών. Η PoC µπορεί να «τρέξει» σε ζεύξεις χαµηλού bandwidth και υψηλών καθυστερήσεων, όπως είναι οι φωνητικές κλήσεις. Η PoC είναι µια υπηρεσία τύπου walkie-talkie. Οι χρήστες πιέζουν και κρατούν ένα κουµπί όταν θέλουν να πουν κάτι, αλλά δεν αρχίζουν να µιλάνε µέχρι το τερµατικό τους, να τους το πει. Σε αυτό το σηµείο, οι χρήστες λένε ότι θέλουν να πουν και σηµατοδοτούν το τέλος της οµιλίας τους απελευθερώνοντας το κουµπί. Σε αντίθεση µε κανονικές φωνητικές κλήσεις, που είναι πλήρως συνδεσιστρεφείς, η PoC είναι µια υπηρεσία συνδεσιστρεφής κατά το ήµισυ, δηλαδή µόνο ένας χρήστης µπορεί να µιλήσει κάθε φορά. Οι σύνοδοι PoC µπορούν να έχουν περισσότερους από δυο συµµετέχοντες. Κάποια στιγµή,ένας χρήστης µιλάει και οι υπόλοιποι ακούνε. 51

52 Κεφάλαιο 5 Πειραµατική ιάταξη IMS 5.1 Αρχιτεκτονική Λειτουργίας H αρχιτεκτονική λειτουργίας του IMS αποτελείται από τρεις οντότητες: τον IMS Core, τον Application Server και τον MRF. O IMS Core περιέχει τον HSS, τον Ι- CSCF, τον P-CSCF και τον S-CSCF. Η αρχιτεκτονική αυτή βασίζεται για την µελλοντική της εξέλιξη, στον FOKUS Open Source IMS Core που περιγράφεται στην επόµενη παράγραφο και «τρέχει» σε λειτουργικό σύστηµα Linux. O Αpplication Server είναι υπεύθυνος για την λειτουργία του MRF όσο την µετάδοση των δεδοµένων. Βασίζεται στο SDS λογισµικό της Ericcson [15]και «τρέχει» σε λειτουργικό σύστηµα Windows XP. Ο MRF εκτελεί όλη την επεξεργασία των µέσων και της ροής. Χρησιµοποιεί τον SIP Express Router για την SIP διεπαφή του µε τον Application Server και «τρέχει» στον FreeBSD. Σχήµα 5.1: Αρχιτεκτονική λειτουργίας της πλατφόρµας εκτέλεσης σεναρίων στο IMS 52

53 Σχήµα 5.2: Μία απεικόνιση της αρχιτεκτονικής λειτουργίας της πλατφόρµας εκτέλεσης σεναρίων στο IMS µε περισσότερες λεπτοµέρειες όσο αφορά τις οντότητες του IMS Core. 5.2 O Open ΙΜS Core Ως λογισµικό IMS χρησιµοποιήσαµε µια «open source» εφαρµογή που βρίσκεται στην [5] και ονοµάζεται Open IMS Core. Ο Οpen IMS Core είναι µια υλοποίηση των IMS Call Session Control Functions (CSFCs) και ενός Home Subscriber Server (HSS), που µαζί σχηµατίζουν τα στοιχεία του πυρήνα όλων των IMS/NGN αρχιτεκτονικών όπως καθορίζονται σήµερα µέσα στο 3GPP, στο ETSI TISPAN και στην PacketCable πρωτοβουλία. Τα τέσσερα στοιχεία, βασίζονται όλα στο Open Source λογισµικό (για παράδειγµα τον SIP Express Router (SER) ή το ΜySQL). 53

54 Σχήµα 5.3: H βασική αρχιτεκτονική του Open IMS Core Βασίζεται στο IMS (IP Multimedia Subsystem).Αυτό σηµαίνει ότι περιέχει την τελευταία τεχνολογία IMS, συµµορφώνεται µε τις τελευταίες IMS προδιαγραφές και γενικά αντικατοπτρίζει το υψηλότερο επίπεδο επιστήµης του IMS. Είναι ένα ώριµο testbed, ένα εργαστήριο δοκιµών όπου η δοκιµασία των επιδόσεων, οι δοκιµασίες συµµόρφωσης µε κάποια πρότυπα και οι δοκιµασίες διαχείρισης διεξάγονται για τους συνεργάτες µας και τα στοιχεία που εξάγονται από την δική µας ανάπτυξη µπορούν να αναπτυχθούν και να εκµεταλλευθούν. Πρέπει να σηµειωθεί ότι το σύστηµα Open IMS Core δεν έχει σκοπό να γίνει ή να ενεργήσει ως εµπορικό προϊόν. Ο µοναδικός σκοπός του είναι να παρέχει µια υλοποίηση IMS πυρήνα για την δοκιµή της IMS τεχνολογίας και την τυποποίηση των εφαρµογών IMS για ερευνητικούς σκοπούς που τυπικά διεξάγονται στα IMS testbeds. Αυτός ο στόχος δηµιούργησε το κίνητρο για την απόφαση να χρησιµοποιήσουµε open source λογισµικό, που κάνει την ανάπτυξη ενός εµπορικού προιόντος µη ελκυστική. Επιπλέον, οι χρήστες του συστήµατος Open Source IMS Core πρέπει να γνωρίζουν ότι η IMS τεχνολογία µπορεί να αποτελεί αντικείµενο ευρεσιτεχνιών όπως καθορίζονται από τα διάφορα πρότυπα που σχετίζονται µε το IMS, όπως είναι τα πρότυπα της IETF, της ITU-T, της ETSI και του 3GPP. Καθώς το IMS βρίσκεται σήµερα σε δοκιµαστική φάση µε όλο και περισσότερους χειριστές στον κόσµο, οι προσπάθειες που γίνονται σήµερα αφορούν το γεγονός της προσέλκυσης όλο και περισσότερων χειριστών ώστε να υπάρξει ανάπτυξη, κυρίως για τις υπηρεσίες. Το Open Source IMS Core project του Fraunhofer Institute FOKUS στοχεύει στο να καλύψει το υπάρχον κενό του IMS στο τοπίο του λογισµικού Open 54

55 Source, µε µια εύκαµπτη λύση µε δυνατότητες επέκτασης που έχει ήδη αποδείξει την συµµόρφωσή της µε διάφορα πρότυπα και την απόδοσή της σε διάφορα εθνικά και παγκόσµια projects. Το σκεπτικό των χρηστών για το λογισµικό του Open Source είναι να πραγµατοποιηθεί η ανάπτυξη των IMS υπηρεσιών και των δοκιµών των σκέψεων που υπάρχουν για τα στοιχεία του IMS που βασίζονται σε εκτεταµένο λογισµικό µε δυνατότητα διαµόρφωσης. Σχήµα 5.4: Ο πυρήνας Open Source IMS στον Open IMS Playground Ο πυρήνας Οpen Source IMS αποτελείται από Call Session Control Functions (CSCFs), τα κεντρικά στοιχεία δροµολόγησης για την σηµατοδοσία του IMS και έναν Ηome Subscriber Server (HSS) για να διαχειρίζεται τα profiles των χρηστών και τους σχετικούς κανόνες δροµολόγησης. Τα κεντρικά στοιχεία του open Source IMS Core Project είναι οι Open IMS CSCFs που αναπτύχθηκαν στο FOKUS ως επεκτάσεις του SIP Express Router(SER) τους τελευταίους µήνες και δοκιµάστηκαν επιτυχώς στον Open IMS Playground ως προς την συνεργασία τους µε εµπορικά προϊόντα IMS. Από τότε όµως που η βασική λειτουργία της δροµολόγησης σηµατοδοσίας για το IMS απαιτεί αναζήτηση πληροφοριών σε έναν HSS, η κανονική χρήση ενός τέτοιου IMS core δικτύου δεν είναι είναι δυνατή χωρίς αυτή. Εποµένως, ένας απλός HSS, ο FOKUS Home Subscriber server (FHoSS) είναι επίσης µέρος του Open Source IMS Core project. To Οpen Source IMS Core project θα παρέχει µια 3GPP IMS Service Control (ISC) διεπαφή στους ανθρώπους που προσπαθούν να το αναπτύξουν, επιτρέποντάς τους να χρησιµοποιήσουν τα IMS χαρακτηριστικά δροµολόγησης και άλλα χαρακτηριστικά δροµολόγησης σχετικά µε το IMS. Καθιστά ικανή την ανάπτυξη σε επίπεδο εφαρµογών, των IMS υπηρεσιών για διάφορες πλατφόρµες,όπως είναι οι SIP Application Servers, µια OSA/Parlay Gateway ή ακόµα και µια IN υπηρεσία. Επίσης καθιστά ικανή την ανάπτυξη εφαρµογών προς το επίπεδο πρόσβασης στο δίκτυο. O 55

56 Open Source IMS Core καθιστά δυνατή την ανάπτυξη των στοιχείων και των ιδεών που προέρχονται από την επισύναψη διαφόρων δικτύων πρόσβασης στην αρχιτεκτονική του IMS. To Οpen Source IMS Core project του Fraunhofer Institute FOKUS ξεκίνησε στις 16 Νοεµβρίου του 2006 µαζί µε το δεύτερο International FOKUS IMS Workshop σαν µια Open Source πρωτοβουλία που θα φιλοξενηθεί στην πλατφόρµα BerliOS στην [5] Oι CSCFs (Call Session Control Functions) στο Open IMS Στην αρχή αυτής της διπλωµατικής εργασίας, αναφέραµε κάποιες ιδιότητες των CSCFs, όσο αφορά όµως την ουσιαστική σχέση που έχουν µε τις υπόλοιπες οντότητες στο δίκτυο του Open IMS µιλάµε εκτενέστερα παρακάτω. Παρόλο που το IMS χρησιµοποιεί τις IETF προδιαγραφές όπως το SIP πρότυπο, το SIP πρωτόκολλο απαιτεί συγκεκριµένες επεκτάσεις ώστε να χρησιµοποιηθεί στο IMS περιβάλλον. Εποµένως, η πρωταρχική απαίτηση για το Open IMS Core project ήταν να παρέχει µια οµάδα στοιχείων που συµµορφώνονται µε τον IMS Core και καθιστούν δυνατή την ανάπτυξη άλλων επιπέδων γύρω τους. Ο κυρίως στόχος επί του παρόντος είναι να εξασφαλίσουµε CSCFs που θα συµµορφώνονται µε την απαιτούµενη λειτουργικότητα του 3GPP (µε τις προδιαγραφές της έκτης έκδοσης). Oι Open IMS CSCFs κατασκευάζονται παρόµοια µε τον SIP Express Router(SER) που µπορεί να ενεργήσει σαν SIP φύλακας αρχείων, ως proxy server ή server που δίνει νέες κατευθύνσεις και είναι ικανός να χειριστεί χιλιάδες κλήσεις το δευτερόλεπτο. Έχει µια δοµή που αποτελείται από µονάδες, η οποία επιτρέπει να γίνουν προσθήκες λειτουργιών. Κάθε µια CSCF οντότητα του Open IMS Core, υλοποιείται σαν µια δυναµική µονάδα SER στην οποία προστίθενται οι απαιτούµενες λειτουργίες έτσι ώστε να λειτουργεί σύµφωνα µε τις 3GPP τεχνικές προδιαγραφές. Oι διάφορες µονάδες έχουν την δυνατότητα παράλληλης επεξεργασίας και µπορούν να διατηρούν συµπληρωµατικές πληροφορίες καταστάσεων. Άλλη απαίτηση που είχαµε από τους CSCFs, ήταν να διατηρήσουµε όσο το δυνατόν περισσότερο την απόδοση τους σε ένα επίπεδο παρόµοιο µε αυτό που θα είχε ένας SER.Το περιβάλλον του SIP χρησιµοποιούσε όλο και περισσότερο τον SER,σε σηµείο που να θεωρείται πρότυπο απόδοσης. Για αυτό τον λόγο, µπορούµε να υποθέσουµε ότι οι Open IMS CSCFs που µοιάζουν αρκετά µε τους SIP routers,θα πρέπει να έχουν παρόµοια πρότυπα απόδοσης. Γενικά αυτό που θέλουµε από τα χαρακτηριστικά του Open IMS, είναι να διαµορφώνονται εύκολα O Proxy CSCF Στην υλοποίηση του Open Source IMS Core, o P-CSCF µπορεί να εφαρµόσει firewall στο δίκτυο του πυρήνα σε επίπεδο εφαρµογών. Μόνο άκρα του δικτύου (hosts) τα οποία έχουν εγγραφεί, επιτρέπεται να εισάγουν µηνύµατα µέσα στο IMS δίκτυο και ο PCSCF είναι αυτός που βεβαιώνει την ταυτότητα αυτών των χρηστών. Για αυτό τον λόγο, κατά την διάρκεια της εγγραφής, ο P-CSCF εγκαθιστά ασφαλή κανάλια, ξεχωριστά για κάθε User Endpoint(UE) που εξυπηρετεί. Για να γνωρίζει την κατάσταση των χρηστών που έχουν εγγραφεί, ο P-CSCF έχει έναν εσωτερικό φύλακα αρχείων που αναβαθµίζεται διακόπτοντας την διαδικασία εγγραφής και αργότερα µε το να γίνει User Agent Client(UAC) κατά την διαδικασία εγγραφής στον S-CSCF να λαµβάνει ειδοποιήσεις. Τα πραγµατικά δεδοµένα φυλάσσονται σε έναν πίνακα από τον οποίο µπορεί να γίνει γρήγορη ανάκτηση. 56

57 Για να ξεκινήσει µια κλήση, δηµιουργεί µοναδικούς δείκτες χρέωσης και εισάγει αναγνωριστές δικτύου και µονοπατιών που χρειάζονται για την περαιτέρω επεξεργασία των SIP µηνυµάτων. Η πλαστή UE πληροφορία που µπορεί να οδηγήσει σε κάποιο αποµακρύνεται ή διορθώνεται. Μετά από µια επιτυχηµένη διαδικασία εγγραφής σε ένα τοπικό IMS δίκτυο, τα διαδοχικά µηνύµατα των χρηστών προωθούνται βασισµένοι στην πληροφορία του DNS, προς το αιτούµενο IMS τοπικό δίκτυο. Όσο αφορά τα θέµατα που προκύπτουν µε τα NAT για την σηµατοδοσία του SIP προς τους χρήστες που βρίσκονται στα άκρα του δικτύου, ο P-CSCF µπορεί να λειτουργήσει ως δροµολογητής απλά µε το να είναι ενεργός και στα δυο δίκτυα. Επίσης, τα modules που διασχίζονται από τα NAT προσαρµόστηκαν για τους ειδικούς µηχανισµούς αποθήκευσης της τοποθεσίας των χρηστών. Τα χαρακτηριστικά του Open Source IMS P-CSCF είναι: H σηµατοδοσία, η επιβολή firewall και η βεβαίωση της ταυτότητας των χρηστών Ο συγχρονισµός του τοπικού φύλακα αρχείων µέσω του «reg» event FC 3680 Υποστήριξη header για το µονοπάτι που ακολουθείται Επαλήθευση-επιβολή δροµολόγησης υπηρεσιών Γνώση της κατάστασης στην οποία βρίσκεται ο διάλογος και επαλήθευσηεπιβολή διαδικασίας εγγραφής της δροµολόγησης Ρύθµιση του IP-sec χρησιµοποιώντας το CK και το IK από το AKA Προστασία της ακεραιότητας όσο αφορά την διαδικασία πιστοποίησης Security-Client, Security-Server, υποστήριξη header για Security-Verify και υποστήριξη βασικού δείκτη P-χρέωσης Υποστήριξη header για ταυτότητα αποµακρυσµένου δικτύου Υποστήριξη NAT για δεδοµένα, µέσω του RTPProxy Σχήµα 5.5: O PCSCF O Interrogating CSCF 57

58 O I-CSCF έχει τον ρόλο ενός proxy χωρίς καταστάσεις που χρησιµοποιώντας τις ενδεικνυόµενες δηµόσιες ταυτότητες αυτού που καλεί ή αυτού που καλείται, ρωτά τον Home Subscriber Server(HSS) και βασισµένος στις απαντήσεις, δροµολογεί το µήνυµα στον σωστό S-CSCF. Υλοποιεί την Cx διεπαφή ενός I-CSCF µε τον σωστό HSS. Εποµένως, υποστηρίζει τις απαιτούµενες εντολές του Diameter πρωτοκόλλου για να εντοπίζει τον S-CSCF που έχει εκχωρηθεί στον χρήστη, ή την δυνατότητα να επιλέγει, βασισµένος σε ικανότητες έναν νέο S-CSCF και να ελέγχει τις ταυτότητες και τις εξουσιοδοτήσεις roaming όπως καθορίζονται στο 3GPP TS Aφού δεχτεί ο I-CSCF µια επιτυχή απάντηση για την Diameter αναζήτηση, προωθεί τα SIP µηνύµατα µε µορφή συναλλαγών. Μπορεί να υπάρξει βελτιστοποίηση για την ταχύτητα και γενικότερες πληροφορίες καταστάσεων φυλάσσονται εκεί. Για να προστατέψει το τοπικό δίκτυο, έχει µια ικανότητα επιβολής firewall που επιτρέπει µόνο µηνύµατα επιπέδου σηµατοδοσίας που έρχονται από έµπιστα δίκτυα µέσω του Network Domain Security (NDS). Tα χαρακτηριστικά του Open Source IMS I-CSCF είναι: Πλήρης υποστήριξη της διεπαφής Cx (LIR,UAR) Επιλογή του S-CSCF, βασισµένη στις ικανότητες του χρήστη Σειριακή διακλάδωση για προώθηση προς τον S-CSCF Υποστήριξη header ταυτότητας αποµακρυσµένου δικτύου και επαλήθευση της άδειας roaming Απόκρυψη (Ηiding) της τοπολογίας (ΤΗIG) Ασφάλεια τoυ τοµέα του δικτύου (Network Domain Security-NDS) Σχήµα 5.6: O Ι-CSCF Ο Serving CSCF H υλοποίηση του S-CSCF επικοινωνεί επίσης µε τον HSS χρησιµοποιώντας το πρωτόκολλο Diameter (µέσω της Cx διεπαφής), ώστε να ανακτήσει τους δείκτες πιστοποίησης, να αναβαθµίσει τις πληροφορίες εγγραφής και να «κατεβάσει»τα profiles του χρήστη. Ο S-CSCF µπορεί να εφαρµόσει το profile του χρήστη που βασίζεται στα initial Filter Criteria (ifc) ώστε να ενισχύσει ειδικούς κανόνες SIP δροµολόγησης. Υλοποιεί την υποστήριξη διεξαγωγής του IMS Digest AKA έκδοση 58

59 1. Αντί να δηµιουργεί δείκτες πιστοποίησης, βασίζεται στον HSS για αυτή την αποστολή και συγκρίνει αυτές τις τιµές µε αυτές που υπολογίζονται στον UE. Για γρήγορους χρόνους απόκρισης, ο φύλακας αρχείων του S-CASCO έχει µια πολύπλοκη δοµή που βασίζεται σε hash-tables. Η πληροφορία που απαιτείται ώστε να συσχετιστεί µια ταυτότητα χρήστη µε ένα physical UE, αποθηκεύεται εδώ και χρησιµοποιείται περαιτέρω για την δροµολόγηση των κλήσεων. Επίσης, δέχεται συνδροµές στα state events της διαδικασίας εγγραφής και ενηµερώνει τους συνδροµητές για τις αλλαγές που είναι πιθανό να υποστεί ο φύλακας αρχείων. Τα χαρακτηριστικά του Οpen Source IMS S-CSCF, είναι: Πλήρης υποστήριξη της διεπαφής Cx (MAR,SAR,PPR,RTR) Πιστοποίηση µέσω του AKAv1-MD5, AKAv2-MD και MD5 Υποστήριξη header δροµολόγησης υπηρεσιών Υποστήριξη header µονοπατιού Υποστήριξη header βεβαίωσης της P-ταυτότητας Υποστήριξη header ταυτότητας του αποµακρυσµένου δικτύου «Κατέβασµα» του profile υπηρεσιών από τον HSS Εφαρµογή των αρχικών κριτηρίων φίλτρου (Initial Filter Criteria) ροµολόγηση της διεπαφής ISC προς τους Application Servers Reg event server µε περιορισµούς πρόσβασης Γνώση των καταστάσεων του διαλόγου Σχήµα 5.7: Ο S-CSCF Ο FOKUS Home Subscriber Server (FHoSS) Ο Οpen Source IMS Core θα ήταν ατελής χωρίς έναν Home Subscriber Server. O FOKUS ανέπτυξε ένα δικό του πρότυπο HSS (FHoSS), για τον οποίο χρησιµοποιήθηκε γλώσσα Java. Τα δεδοµένα του χρήστη φυλάσσονται µέσα σε µια βάση δεδοµένων MySQL. Καθώς ο σκοπός του µέσα στον Open Source IMS Core είναι αυτός της βάσης δεδοµένων, ο FHOSS στοχεύει κυρίως προς την συµµόρφωση παρά προς την απόδοση. Είναι περισσότερο ένας διαµορφωτής για το database 59

60 Management System και το Diameter πρωτόκολλο έρχεται σε διεπαφή µε τους CSCFs και το στρώµα εφαρµογών. Σχήµα 5.8: Ο FOKUS Home Subscriber Server Οι έλεγχοι του πρωτοκόλλου και η λογική των εντολών του Diameter υλοποιούνται στον FHoSS, βασισµένα στο Diameter πρωτόκoλλο που βασίζεται σε γλώσσα Java και αποτελούν µέρος του ίδιου του FOKUS. O FHoSS επιτρέπει την δηµιουργία δεικτών πιστοποίησης και παρέχει µια διεπαφή διαχείρισης που βασίζεται στην γλώσσα HTTP, ώστε να υπάρχει εύκολη διαχείριση των profiles χρηστών και των συνεταιρισµένων ifcs. 60

61 Σχήµα 5.9: Profile χρήστη στον FHoSS Τα χαρακτηριστικά του HSSQ Yποστήριξη της εφαρµογής 3GPP Cx Diameter Yποστήριξη της εφαρµογής 3GPP Sh Diameter Yποστήριξη της εφαρµογής 3GPP Zh Diameter Ενοποιηµένη απλή AuC λειτουργικότητα Υλοποίηση της στοίβας Java Diameter Web-based Κονσόλα διαχείρισης 61

62 Σχήµα 5.10: To trigger point του χρήστη 5.3 Σενάρια Εφαρµογών Πολυµέσων Με χρήση SDS φτιάξαµε ένα χρήστη και ένα server ο οποίος επιτρέπει την υλοποίηση εφαρµογών πολυµέσων. Ο AS (application server) ενεργοποιείται κατά απαίτηση του χρήστη και παραµετροποιεί τον MRF. Ο ΜRF είναι υπεύθυνος για την κωδικοποίηση και την εκποµπή του βίντεο προς εκάστοτε χρήστη. Σενάριο 1: Αποθήκευση αρχείου στον Εξυπηρετητή Εφαρµογών (Αpplications Server) Θεωρώντας ότι η εγγραφή του χρήστη στο IMS έχει πραγµατοποιηθεί µε σκοπό να ζητηθεί η παροχή µιας υπηρεσίας µέσων, ο χρήστης πρέπει να χρησιµοποιήσει τον κατάλληλο Application Server. Για να επιτευχθεί αυτό, χρησιµοποιείται το προφίλ του χρήστη το οποίο «κατεβάζει» ο S-CSCF από τον HSS όταν ένα SIP µήνυµα 62

63 καταφθάνει. Το προφίλ του χρήστη περιέχει τα αρχικά κριτήρια που είναι µία συλλογή από triggers που καθορίζουν αν η σύνδεση µε έναν εξυπηρετητή εφαρµογών απαιτείται ή όχι. Το IMS παρέχει αρκετές επιλογές για να κάνουµε trigger σε έναν AS. Μετά την επιλογή του application server, στον οποίο έχει ανατεθεί να παρέχει την υπηρεσία των µέσων, ο χρήστης έχει ανάγκη να συµπεριλάβει στις QoS απαιτήσεις του και την περιγραφή της υπηρεσίας. Στο INVITE µήνυµα, οι ρυθµίσεις των µέσων περιέχονται υπό την µορφή του SDP. SDP είναι η συντοµογραφία του Πρωτόκολλου Περιγραφής Συνόδου (Session Description Protocol). Χρησιµοποιείται για να περιγράψουµε τις παραµέτρους εκκίνησης των µέσων ροής. ηµοσιεύτηκε από την IETF ως RFC Tα µέσα ροής είναι περιεχόµενο που βλέπετε ή ακούτε ενόσω παραδίδεται. Αφού έχει ληφθεί το INVITE µήνυµα, ο AS µπορεί να υιοθετήσει τις παραµέτρους όπως είναι ή να ανταποκριθεί µε παραµέτρους που είναι αποδεκτές από αυτόν και να περιµένει για ένα PRACK replay µήνυµα από τον χρήστη (µοντέλο προσφοράς / απάντησης στο IMS). Μετά την ολοκλήρωση της διαπραγµάτευσης, ο χρήστης µπορεί να «ανεβάσει» το αρχείο στον AS. Tότε στέλνεται ένα µήνυµα επαλήθευσης της επιτυχηµένης συναλλαγής από τον AS στον χρήστη. Ένα σηµαντικό χαρακτηριστικό της µεταφοράς των µέσων, είναι η διανοµή της διαφήµισης στους άλλους χρήστες. Η διαφήµιση του αρχείου που «ανεβάσαµε» µπορεί να γίνει και για τις δυο πλευρές, για παράδειγµα τον χρήστη και τον AS, εφόσον και οι δυο έχουν αναγνωριστή µέσων για τα video. Στην πρώτη περίπτωση ο χρήστης στέλνει ένα απευθείας µήνυµα στους χρήστες που βρίσκονται στην λίστα αποδεκτών του. Στην άλλη περίπτωση, ο χρήστης µπορεί να συµπεριλάβει την λίστα αποδεκτών στο αρχικό INVITE µήνυµα και να το προωθήσει στον AS ή ο AS µπορεί να έχει πρόσβαση στην λίστα αποδεκτών από τον HSS και µετά να διανέµει το µήνυµα διαφήµισης. 63

64 Σχήµα 5.11: Το «ανέβασµα» ενός αρχείου και η διαφήµιση των µέσων 64

65 Σενάριο 2: Προβολή Βίντεο στον τερµατικό χρήστη Εφόσον ένας χρήστης πληροφορείται για την ύπαρξη ενός συγκεκριµένου video clip, έχει την δυνατότητα να κάνει µια προκαταρκτική επισκόπηση του στην συσκευή του. Ο χρήστης ξεκινά µια καινούρια σύνοδο για να «κατεβάσει» τα µέσα µε τον κατάλληλο AS που είναι υπεύθυνος για αυτή την υπηρεσία χρησιµοποιώντας το κλειδί για τα µέσα και την πληροφορία επαφής από την διαφήµιση (ή άλλη πιθανή πηγή πληροφοριών). εδοµένου ότι το IMS τερµατικό κάθε φίλου του χρήστη που έχει «ανεβάσει» το video µπορεί να έχει διαφορές εξαιτίας των ικανοτήτων του (ανάλυση οθόνης, κωδικοποιήσεις µέσων, απόδοση δικτύου κτλ.), η περίπτωση µεταφοράς των µέσων θα πρέπει να είναι ικανή να προσαρµόζει τις παραµέτρους του QoS σε κάθε σύνοδο. Σε µια τέτοια περίπτωση, όπου το IMS τερµατικό και ο AS δεν συµφωνούν όσο αφορά τις ρυθµίσεις, η λειτουργικότητα ενός MRF χρειάζεται για να κωδικοποιήσουµε τα µέσα. Γίνεται trigger στον application server µε σκοπό να εκτελέσουµε την συνολική διαχείριση της συνόδου του IMS. Ο AS βρίσκει µια MRF ικανή να διαχειριστεί τις απαιτούµενες QoS παραµέτρους από τον χρήστη. Μετά, εγκαθίσταται ένα µονοπάτι µεταξύ του IMS client και της MRF µε ένα νέο INVITE µήνυµα που επαληθεύει την δέσµευση πόρων για την µεταφορά µέσων και η µεταφορά των µέσων ξεκινά Το σχήµα που παραθέτουµε πιο κάτω δείχνει την διαδικασία σηµατοδοσίας. 65

66 66

67 Σχήµα 5.12: Έναρξη υπηρεσίας και προβολή βίντεο 67

68 Σχήµα 5.13: H εικόνα του client όταν πατάµε το κουµπί play 1 Σχήµα 5.14: H εικόνα του client όταν πατάµε το κουµπί play 2 68

69 Σχήµα 5.15: H εικόνα του client όταν πατάµε το κουµπί play 3 Σχήµα 5.15: H γενική εικόνα του client 69

70 Κεφάλαιο 6 Εγκατάσταση του Οpen ΙΜS Core σε λογισµικό Linux H διαδικασία που προαναφέρει ο τίτλος ξεκινά µε την εγκατάσταση του λογισµικού Linux Ubuntu Την έκδοση αυτή µπορούµε να την «κατεβάσουµε» δωρεάν από την διεύθυνση [6] και να δηµιουργήσουµε ένα cd που να την περιέχει. Σχήµα 6.1: Απεικόνιση της σελίδας από όπου κάνουµε το download του λογισµικού Τοποθετούµε το cd µέσα στον υπολογιστή µας, ο οποίος δεν περιέχει κανένα λογισµικό και ακολουθούµε πιστά τις εντολές που αναγράφονται στην διεύθυνση [7] που αν και αναφέρεται σε προηγούµενη έκδοση, ουσιαστικά αποτελεί την ίδια διαδικασία. 6.1 Εγκατάσταση των CSCFs και του FHoSS Πληκτρολογώντας τώρα την διεύθυνση: [8], έχουµε µπροστά µας οδηγίες από το πανεπιστήµιο του Cape Town για το πως µπορούµε να εγκαταστήσουµε το Open IMS Core. Tα βήµατα που ακολουθούµε, έχουν ως εξής: Βήµα 1: Κάνουµε download τον Open IMS Core στον υπολογιστή µας o Θα χρειαστούµε το Subversion package: 70

71 sudo apt-get install subversion o ηµιουργούµε τον ακόλουθο κατάλογο sudo mkdir /opt/openimscore/ o ίνουµε στον εαυτό µας την κυριότητα αυτού του καταλόγου (αντικαθιστούµε το username µε το «mtsagaro», διότι mtsagaro είναι το όνοµα που έχουµε δώσει στον user) sudo chown -R username /opt/openimscore/ o ηµιουργούµε καταλόγους για τους CSCFs και τον FHoSS cd /opt/openimscore mkdir ser_ims mkdir FHoSS o Κάνουµε checkout την τελευταία έκδοση του πυρήνα από τους subversion servers του Berlios svn checkout ser_ims svn checkout FHoSS Βήµα 2: Εγκαθιστούµε τα απαιτούµενα packages o Θα χρειαστούµε τα ακόλουθα Ubuntu packages: sun-java-jdk, mysql-server, libmysqlclient15-dev, libxml2-dev, bind, ant, flex and bison. sudo apt-get install sun-java6-jdk mysql-server libmysqlclient15-dev libxml2 libxml2-dev bind9 ant flex bison Βήµα 3: ιαµορφώνουµε τις DHCP και τις DNS ρυθµίσεις o Εφ όσον «τρέχουµε» τον DNS στον δικό µας υπολογιστή, κάνουµε edit στο αρχείο /etc/dhcp3/dhclient.conf µε την βοήθεια της εντολής sudo gedit ή sudo nano και κάνουµε uncomment την ακόλουθη γραµµή : prepend domain_name_servers ; 71

72 Σηµείωση: Uncomment κάνουµε, σβήνοντας το σύµβολο της δίεσης που υπάρχει στην αρχή της γραµµής. o Αντιγράφουµε το open-ims DNS αρχείο στον bind folder: sudo cp /opt/openimscore/ser_ims/cfg/open-ims.dnszone /etc/bind/ o Προσθέτουµε αυτές τις γραµµές στο /etc/bind/named.conf.local zone open-ims.test { }; type master; file /etc/bind/open-ims.dnszone ; o Θα χρειαστεί να κάνουµε restart τον bind ώστε να γίνουν οι αλλαγές που ορίσαµε sudo /etc/init.d/bind9 restart o Για να ελέγξουµε ότι όλα λειτουργούν όπως πρέπει, δοκιµάζουµε να κάνουµε ένα ping και βλέπουµε αν λάβουµε απάντηση. ping pcscf.open-ims.test Bήµα 4: Ρυθµίζουµε τις βάσεις δεδοµένων mysql u root -p < ser_ims/cfg/icscf.sql mysql u root -p < FHoSS/scripts/hss_db.sql mysql u root -p < FHoSS/scripts/userdata.sql Σηµείωση: Το underscore στην δεύτερη εντολή και το κενό που έχω προσθέσει µεταξύ του «-u» και της λέξης «root», είναι διόρθωση που κάναµε ώστε να λειτουργήσει η ρύθµιση. Βήµα 5: Compile 72

73 o Κάνουµε compile τους CSCfs. Στον κατάλογο /opt/openimscore/ser_ims εκτελούµε την ακόλουθη εντολή sudo make install-libs all o Ρυθµίζουµε την µεταβλητή του JAVA_HOME περιβάλλοντος export JAVA_HOME= /usr/lib/jvm/java-6-sun sun Σηµείωση: Έχουµε αλλάξει το τελευταίο µέρος της εντολής γιατί η συγκεκριµµένη έκδοση java υπήρχε εγκατεστηµένη στον πυρήνα του λογισµικού µας. o Κάνουµε compile τον FHoSS.Στον κατάλογο /opt/openimscore/fhoss εκτελούµε την ακόλουθη εντολή: ant compile deploy o Μετά στο αρχείο xsd/zhdatatype.xsd,µε την εντολή gedit αλλάζουµε την γραµµή : schemalocation=" µε την γραµµή schemalocation="file:///opt/openimscore/fhoss/xsd/xml.xsd"/> Βήµα 6: «Τρέχουµε» το δίκτυο o Αντιγράφουµε τα αρχεία διαµόρφωσης στον φάκελο τους OpenIMSCore cp /opt/openimscore/ser_ims/cfg/* /opt/openimscore/ o «Τρέχουµε» τους CSCFs, καθένα σε µια νέα κονσόλα τερµατικού (CTRL+R):./pcscf.sh./icscf.sh./scscf.sh Σηµείωση: Για να εκτελέσω τις παραπάνω εντολές, πρέπει να βρίσκοµαι στον φάκελο /opt/openimscore και να χρησιµοποιήσω την εντολή πχ. sh pcscf.sh ή sudo./pcscf.sh 73

74 o «Τρέχουµε» τον FHoSS σε µια δικιά του κονσόλα τερµατικού (αν υπάρχει λάθος στην µεταβλητή του περιβάλλοντος JAVA_HOME, την ρυθµίζουµε, όπως κάναµε και πριν) cd FHoSS/deploy/./startup.sh Σηµείωση: Στην αρχική έκδοση που «κατεβάσαµε» από το Internet υπήρχε η ηµιτελής εντολή./startup 6.2 Εγκατάσταση τριών clients Σε αυτό το σηµείο, θα εγκαταστήσουµε τρεις clients τους οποίους βρίσκουµε από την σελίδα [9] O FOKUS Open IMS Client O FOKUS Open IMS Client είναι διαθέσιµος και ως εµπορικό προϊόν. Εµείς όµως, χρησιµοποιήσαµε την OpenIC_Lite έκδοση που είναι δοκιµαστική. Βρίσκεται στην σελίδα [10]. Από όλες τις οντότητες του IMS, o UE είναι µια σηµαντική οντότητα για την πλήρη επιτυχία του IMS. Ο UE λειτουργεί ως ένα περιβάλλον πολυεφαρµογών ώστε να αποδεικνύει την αξία των υπηρεσιών που προστίθενται και είναι διαθέσιµες στο IMS δίκτυο. 74

75 Σχήµα 6.2: Ο ΟpenIC στον Open IMS playground O ΟpenIC αποτελείται από ένα πλαίσιο εργασίας, που προσφέρει µια διεπαφή που επαναπρογραµµατίζεται ώστε να επιτευχθεί ανάπτυξη των διάφορων IMS υπηρεσιών. Η λέξη «open» δεν έχει λοιπόν την ίδια σηµασία µε την λέξη «open source». Οι λύσεις που διανέµονται από το πλαίσιο εργασίας, είναι σύµφωνες µε τις client προδιαγραφές της IETF, του 3GPP και του TISPAN. O client είναι διαθέσιµος σε γλώσσα java και σε.νετ, ενώ µπορεί να αναπτυχθεί σε πολλές συσκευές. Επιπλέον, ο OpenIC «τρέχει» σε πολλές πλατφόρµες(windows Mobile, Linux και Windows XP). To πλαίσιο εργασίας του OpenIC προσφέρει µια οµάδα στοιχείων που µπορούν να επαναχρησιµοποιηθούν και παρέχουν µια API που µπορεί να επαναπρογραµµατισθεί για διάφορες IMS εφαρµογές και υπηρεσίες. Το πλαίσιο εργασίας, αποτελείται από ένα επίπεδο IMS Engine και ενα επίπεδο εφαρµογών. 75

76 Σχήµα 6.3 :Το πλαίσιο εργασίας του Open IMS Client H διεπαφή του χρήστη αναπαριστά το επίπεδο παρουσίασης. Προσφέρει την πρόσβαση χρήστη σε όλες τις βασικές υπηρεσίες και κρύβει την πολυπλοκότητα της βασικής αρχιτεκτονικής και των υπηρεσιών. Το επίπεδο υπηρεσιών αποτελείται από διαφορετικά modules υπηρεσιών. Νέες υπηρεσίες µπορούν να αναπτυχθούν και να ενοποιηθούν σε αυτό το επίπεδο. Αυτό προσφέρει την δυνατότητα δηµιουργίας ισχυρών εφαρµογών και δυνατότητα µελλοντικών αλλαγών. Οι υπηρεσίες στο επίπεδο υπηρεσιών αποτελούνται από: VoIP: χρησιµοποιείται έτσι ώστε να αναπτυχθούν οι SIP εφαρµογές που συµµορφώνονται µε το IMS καθώς και µε τα πρότυπα IETF, το 3GPP και το TISPAN IMS. Παρέχει µια API χαµηλού επιπέδου για τον πλήρη έλεγχο της SIP επικοινωνίας µεταξύ του client και του IMS Presence: ενεργοποιεί την δυνατότητα να διαχειριστούµε την presence πληροφορία του UE και των συνεταιρισµένων επαφών 76

77 Registration: κρύβει την πολυπλοκότητα της διαδικασίας της εγγραφής στο IMS µε ένα απλό πάτηµα ενός κουµπιού. ιαχειρίζεται επίσης την κατάσταση εγγραφής για επανεγγραφή και διαχειρίζεται τις «reg» event ειδοποιήσεις. Εvent Package: καθιστά δυνατή την υποστήριξη για πολλά event packages και παρέχει γενικούς χειριστές API για να χειριστούν τις event based υπηρεσίες στο IMS δίκτυο Messaging: καθιστά δυνατή την αποστολή και την λήψη στιγµιαίων µηνυµάτων από και προς µια επαφή Contact List Management: Υλοποιεί διαδικασίες για ανάκτηση, αναβάθµιση και αποθήκευση των επαφών µέσω του XCAP και του XML.Αυτές οι επαφές αποθηκεύονται, βασισµένες στο vcard format, γνωστό για τις εφαρµογές . Contact Sharing: διαχειρίζεται το file sharing µεταξύ του UE και κάποιου άλλου client µέσω του MSRP (Message Session Relay Protocol). To επίπεδο IMS Engine παρέχει διαφορετικά κατασκευαστικά στοιχεία πάνω στα οποία τα modules υπηρεσιών µπορούν να κατασκευαστούν. Αυτό απεικονίζει το χαµηλότερο επίπεδο και αναπτύσσεται πάνω σε πρότυπα. Εκτεταµένο SIP Stack: χρησιµοποιείται ώστε να αναπτυχθούν εφαρµογές που συµµορφώνονται µε το IMS SIP, οι οποίες ακολουθούν τα πρότυπα IETF, 3GPP και TISPAN IMS. Παρέχει µια API χαµηλού επιπέδου για πλήρη έλεγχο της SIP επικοινωνίας µεταξύ του client και του IMS ιεπαφή ιαχείρισης Μέσων (Media Manager Framework): παρέχει µια API χαµηλού επιπέδου για πλήρη έλεγχο πάνω στην µετάδοση δεδοµένων ήχου και εικόνας πραγµατικού χρόνου, µεταξύ του client µιας ΙΜS οντότητας ή ενός UE. Υποστηρίζει επιλογή Codec ήχου G.711 u-law/a-law, GSM610, επιλογή Codec video MSRP Stack: παρέχει µια API χαµηλού επιπέδου για πλήρη έλεγχο πάνω στην µετάδοση δεδοµένων κειµένου πραγµατικού χρόνου µεταξύ του client και άλλου UE ΗΤΤP API: παρέχει σύνδεση HTTP χαµηλού επιπέδου µεταξύ εφαρµογών υψηλού επιπέδου και µιας IMS οντότητας Ο OpenIC παρέχει µια οµάδα βασικών και προηγµένων χαρακτηριστικών. Η λίστα αυτών των χαρακτηριστικών θα αναβαθµίζεται καθώς νέα χαρακτηριστικά προστίθενται στον client. 77

78 Σχήµα 6.4:Λίστα χαρακτηριστικών του OpenIC To πρώτο πράγµα που κάνει ένας IMS client όταν κάνει log on µέσα σε ένα IMS δίκτυο είναι να στείλει µια αίτηση REGISTER στο δικό του τοπικό δίκτυο. Η αµοιβαία πιστοποίηση στο IMS δίκτυο, βασίζεται σε ένα κοινό µυστικό µεταξύ της IP Multimedia Service Identity (ISIM) και του HSS ο δίκτυο. O ΟpenIC υποστηρίζει δυο µηχανισµούς πιστοποίησης της αυθεντικότητας και εξουσιοδότησης που είναι οι: Digest AKA Authentication: είναι ένας µηχανισµός διεκδίκησης-απόκρισης που χρησιµοποιεί συµµετρική κρυπτογραφία που εκτελεί πιστοποίηση του χρήστη και διανοµή του session key στα IMS δίκτυα. Digest MD5 Authentication: βασίζεται σε ένα από παράδειγµα διεκδίκησηςαπόκρισης. Τα χαρακτηριστικά της εφαρµογής του OpenIC είναι: H σύνοδος ήχου: Redial:H κλήση για ακόµα µια φορά του τελευταίου ατόµου που καλέστηκε από µια λίστα κλήσεως αριθµών Η µεταφορά κλήσης: µεταφέρει την κλήση που θα πραγµατοποιηθεί σε έναν άλλον πόρο (για παράδειγµα µια άλλη sip διεύθυνση) Audio conference: Eγκαθιστά µια σύνοδο ήχου µε έναν ή περισσότερους συµµετέχοντες. Αυτό το χαρακτηριστικό καθίσταται δυνατό µόνο µε υποστήριξη από τον application server. Αutomatic presence update- όταν ο χρήστης βρίσκεται σε κλήση,η presence πληροφορία του χρήστη αυτόµατα παίρνει την µορφή «Busy» Ειδοποίηση pop up σε εισερχόµενες κλήσεις, καθιστώντας δυνατή την δυνατότητα του χρήστη να επιλέξει πως να διαχειρίζεται την κλήση είτε αποδέχοντας, είτε απορρίπτοντας την. Dual-Tone-Multi-Frequency ψηφία στο Dialer panel Η σύνοδος video: Υποστήριξη συνόδου ήχου και video. Αυτό το χαρακτηριστικό είναι διαθέσιµο µόνο για την έκδοση PC. 78

79 Η σύνοδος αποστολής µηνυµάτων: Περιλαµβάνει την αποστολή και την λήψη στιγµιαίου µηνύµατος προς και από µια επαφή στο βιβλίο διευθύνσεων. O OpenIC προσφέρει page-mode και session mode δυνατότητα αποστολής µηνύµατος. O client χρησιµοποιεί SIP MESSAGE για την page-mode ενω το τελευταίο πρότυπο Message Session Relay Protocol (MSRP) χρησιιµοποιείται για chat. Η Presence: Ο OpenIC παρέχει µια API για να διαχειριστούµε την presence πληροφορία για τον τελικό χρήστη και τις επαφές του. Oι χρήστες µπορούν να δηµοσιεύσουν το presence status που προτιµούν και βλέπουν το status φίλων τους από το βιβλίο των τηλεφώνων τους. Για αυτή την υπηρεσία, ο client προsφέρει χειριστές SIP event package για να παρέχουν υποστήριξη για διάφορα event packages. Yποστήριξη για SIP/SIMPLEbased αποστολή στιγµιαίων µηνυµάτων. Υποστήριξη centralized based server (presence agent). Με την έκφραση brand εννοούµε την εµπειρία ενός πελάτη που αντιπροσωπεύεται από ένα σύνολο εικόνων και ιδεών. Αυτό µπορεί να περιέχει το όνοµα της εταιρίας, κάποιο logo,κάποιο slogan και κάποιο σύµβολο. Προσφέρεται η πιθανότητα για ατοµικά labels και η συνεργασία µεταξύ brands. Το Private Label,ε ίναι µια διεπαφή πλήρως διαµορφωµένη Το Co-Brand είναι διαµορφωµένη διεπαφή χρήστη που προέρχεται από το Fraunhofer FOKUS Τα οφέλη της εφαρµογής OpenIC είναι: Μια βασική IMS API Engine Ελαστικότητα του branding και του customization ιαθεσιµότητα για πολλαπλές πλατφόρµες (windows mobile,pc) Yποστήριξη για υβριδικές εφαρµογές (όπως είναι οι java εφαρµογές) Ευκολία φορητότητας προς άλλες συσκευές υνατότητα να ακολουθήσει κάποια πρότυπα(όπως είναι το IEFT, το 3GPP και το TISPAN) O Οpen ΙΜS Client Lite είναι ένα λογισµικό που βασίζεται στο IMS και έχει την ικανότητα να χρησιµοποιείται ως τηλέφωνο. Μπορούµε να το κατεβάσουµε ελεύθερα από το Internet. Βασισµένο στην αρχιτεκτονική του OpenIC, το OpenIC Lite χρειάζεται ώστε να τονίσει κάποια από τα πλούσια χαρακτηριστικά που είναι διαθέσιµα, µε τον IMS client που πωλείται. 79

80 Σχήµα 6.5: O Open IC Lite Τα χαρακτηριστικά που υποστηρίζονται µε αυτή την έκδοση είναι : Η πιστοποίηση της αυθεντικότητας AKA,MD5 Η σηµατοδοσία που βασίζεται στο Sesion Initiated Protocol (SIP) για όλες τις συνόδους µέσων Το στιγµιαίο µήνυµα Η κλήση που αφορά ήχο Ενεργό βιβλίο διευθύνσεων Profile ΙSIM ιαχείριση λίστας προηγούµενων κλήσεων Οι απαιτήσεις του υπολογιστή στον οποίο θα εγκαταστήσουµε την εφαρµογή είναι οι παρακάτω: 80

81 Σχήµα 6.5 :Οι απαιτήσεις του υπολογιστή στον οποίο εγκαθίσταται η εφαρµογή OpenIC_Lite «Κατεβάζουµε» την έκδοση OpenIC_Lite v1.1 for Linux, όπως επίσης και τις οδηγίες χρήσης που είναι σε µορφή pdf. Για να εγκαταστήσουµε τον OpenIC Lite linux, ακολουθούµε τα παρακάτω βήµατα. Το αρχείο του πακέτου εγκατάστασης είναι το ΟpenIC_Lite.tar.gz.Ακολουθούµε τα εξής βήµατα: 1. Αποσυµπιέζουµε το αρχείο µας χρησιµοποιώντας την εντολή tar zxvf OpenIC_Lite.tar.gz 2. Ο νεοδηµιούργητος φάκελος OpenIC_lite περιέχει ένα start script το οποίο µπορεί να εκτελεστεί µε την εντολή: sh OpenIC_Lite.sh 3. Σε περίπτωση που το περιβάλλον java δείχνει σε διαφορετικό µονοπάτι από το /usr/lib/java, κάνουµε edit στο script,ώστε να ρυθµίσουµε το JAVA_HOME στο αντίστοιχο µονοπάτι στο οποίο αποθηκεύεται η Java στο σύστηµά µας. Έτσι, στο επόµενο σχήµα, η πρόταση JAVA_HOME=/usr/lib/java παίρνει την µορφή JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/java-6-sun sun.Ίσως στα άκρα της εντολής, µετά το «=» και στο τέλος να πρέπει να εισάγουµε το σύµβολο. 81

82 Για να κάνουµε απεγκατάσταση του client απλά διαγράφουµε τον φάκελο στον οποίο έχουµε αποσυµπιέσει τα αρχεία από το package εγκατάστασης. Το profile µας το διαµορφώνουµε ως εξής. Αφού «τρέξουµε» τον client µε την βοήθεια της εντολής sh OpenIC_Lite.sh εµφανίζεται το παρακάτω σχήµα στην οθόνη µας και τοποθετούµε τα εξής Display name το όνοµα που θα χρησιµοποιηθεί στην εφαρµογή (bob) Public Identity η public SIP διεύθυνση Private Identity αυτή η τιµή χρησιµοποιείται για πιστοποίηση της αυθεντικότητας στο IMS Secret Key τo secret key είναι η τιµή που χρησιµοποιείται για την πιστοποίηση της αυθεντικότητας στο IMS δίκτυο (bob) 82