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Funcionamiento IMS

Pasaremos a dar una visión sobre el funcionamiento de IMS, tratando de ver, mediante el análisis de los procedimientos más comunes, el papel que tiene cada elemento de la arquitectura.

En primer lugar veremos los requisitos para acceder a IMS. En segundo lugar, el registro en la red como proceso necesario para que el abonado pueda acceder a los servicios IP multimedia. Tras esto, se lleva a cabo un análisis del establecimiento de sesión como funcionalidad que permite iniciar las comunicaciones con otros abonados y con los servicios multimedia.

1. FASES PREVIAS AL FUNCIONAMIENTO EN IMS

IMS como ya sabemos es una red de control de servicios superpuesta al plano de acceso basado en IP; entonces el terminal IMS ha de cumplir ciertos requisitos para atravesar los elementos necesarios de la arquitectura y así llegar a su destino, el núcleo IMS. En la figura siguiente se muestran los pasos que el terminal de IMS tiene que dar para obtener funcionalidad dentro del núcleo de red:

  • Establecer un contrato con el operador. Al igual que con la subscripción a otros servicios como el de telefonía móvil o acceso a internet, es necesario establecer unas condiciones con el operador para acceder a los servicios IP Multimedia que ofrezca en su red IMS.
  • Adquirir conectividad IP. Es preciso obtener acceso a una red de acceso con conectividad IP, necesario debido a la propia naturaleza de IMS, sustentado por un plano de transporte IP. Como parte de la obtención de esta conectividad, el terminal IMS ha de adquirir una dirección IP. Normalmente, si el acceso es vía GPRS/UMTS, el operador asignará una dirección IP pública y dinámica vía protocolos de asignación dinámica como DHCP.
  • Ahora el terminal IMS necesita “localizar” al P-CSCF. Es decir, necesita conocer su dirección IP. Una vez descubierta, este podrá enviar y recibir señalización SIP a través del P-CSCF21. Este proceso puede estar ligado al acceso a una red de conectividad IP.
  • El terminal IMS realiza un registro a nivel SIP en la red IMS. Este registro se lleva a cabo mediante un registro SIP normal22. Si el registro SIP en la red IMS se lleva a cabo con éxito, el terminal IMS puede intercambiar más mensajes de señalización SIP.

Estos pasos los podremos ver esquemáticamente en la siguiente figura:

2. REGISTRO SIP EN IMS

Una vez el terminal ha adquirido una dirección IP y descubierto la dirección IP del P-CSCF, puede pasar a registrarse en el plano de control de IMS.

Durante este proceso, el usuario IMS pide autorización a la red IMS para acceder a los servicios IP multimedia. El registro IMS consta de las siguientes fases:

  1. El terminal de usuario (UE, User Equipment) envía un petición de registro SIP, REGISTER, hacia el P-CSCF.
    • EL P-CSCF realiza una petición DNS para encontrar un I-CSCF en la red home del usuario.
    • Le añade un campo para indicar la red visitada en la que se encuentra y reenvía el REGISTER hacia el I-CSCF.
  2. El I-CSCF recibe la petición REGISTER y envía la petición Diameter UAR (User Authorization Request) al HSS. El HSS comprueba que el identificador de usuario es correcto y que existen acuerdos de roaming para ese usuario en la red visitada en la que se encuentra, y envía un UAA (User Authorization Answer) de vuelta al I-CSCF.
  3. El I-CSCF recibe el UAA que contiene el S-CSCF asignado al usuario o el criterio para seleccionar uno. En este último caso, el I-CSCF seleccionaría un S-CSCF apropiado y reenviaría la petición de registro REGISTER a ese S-CSCF.
  4. El S-SCSF envía una petición MAR (Multimedia Authorization Request) al HSS para descargar los vectores de autenticación para desafiar al terminal. Esta petición incluye la dirección del S-CSCF para que el HSS sepa cuál está asignado al usuario. El HSS envía la respuesta MAA (Multimedia Authorization Answer) con los vectores de autenticación.
  5. El S-CSCF responde al REGISTER con un mensaje 401 Unauthorized (no autorizado) que contiene la información para llevar a cabo el desafío de seguridad.
  6. La respuesta viaja a través del I-CSCF y P-CSCF hasta que alcanza el usuario.
  7. El usuario construye un nuevo REGISTER incluyendo la respuesta al desafío de seguridad y lo reenvía hacia el P-CSCF.
  8. La nueva petición alcanza el I-CSCF que envía un nuevo UAR al HSS para encontrar el SCSCF, a quien reenvía el REGISTER.
  9. El S-CSCF autentica al usuario y envía una petición SAR (Server Assignment Request) al HSS para informar que el usuario está registrado y requerir la descarga del perfil de usuario. Esta descarga se incluye en la respuesta SAA (Server Assignment Answer) del HSS.
  10. El S-CSCF confirma que el usuario está registrado mediante el envío de un SIP 200 OK que atraviesa el I-CSCF y el P-CSCF hasta llegar al usuario.

 

3. ESTABLECIMIENTO SESIÓN VIDEOCONFERENCIA

Una vez el usuario se ha registrado en el subsistema IMS puede acceder a los servicios IP multimedia que proporciona IMS. De este modo, un usuario IMS podría establecer una sesión de videoconferencia con otro usuario IMS de otra red y llevarla a cabo en movilidad. Para ello, utilizará el subsistema IMS para intercambiar información de control mediante los protocolos SIP y SDP con el usuario con el que se quiere comunicar. El objetivo de este intercambio de señalización es el establecimiento de una sesión, mediante la cual se conectará con el nodo destino, se negociarán los parámetros de sesión y se activarán los recursos de la red de acceso para soportar la sesión multimedia.

Las fases de este proceso son las siguientes:

  1. En primer lugar, una vez que el usuario ha sido registrado en el subsistema IMS, aquel puede acceder a los servicios IP multimedia que proporciona IMS. De esta manera el usuario, por ejemplo, podría establecer una sesión de videoconferencia con otro usuario IMS de otra red. Para ello, utilizará el subsistema IMS para intercambiar información de señalización mediante los protocolos SIP y SDP con el usuario con el que se quiere comunicar. El objetivo de este intercambio de señalización es el establecimiento de una sesión, mediante la cual se contactará con el nodo destino, se negociarán los parámetros de sesión y se activarán los recursos necesarios para soportar la sesión multimedia. Para poder realizar lo anterior, el usuario origen deberá enviar a través de IMS un mensaje SIP INVITE, en el que añadirá también el mensaje SDP que describe las capacidades de la sesión que pretende establecer. En ese mensaje SDP estarán incluidos los medios que quiere transmitir, la tasa binaria a la que se transmitirá cada medio, los protocolos utilizados para la transmisión de los medios, los codecs que se utilizarán, etc. La señalización SIP y SDP llegará al usuario remoto pasando por los nodos IMS de la red origen y destino.
  2. A continuación el terminal destino enviará de vuelta al nodo origen un mensaje SIP de progreso de sesión (183 Session Progress), en el que se añadirá un mensaje SDP con la respuesta del nodo destino al ofrecimiento de los parámetros SDP del nodo origen. Estos parámetros pueden haber sido modificados en función de las capacidades del terminal o las preferencias del usuario.
  3. Seguidamente el terminal origen envía un mensaje PRACK como respuesta al mensaje de progreso de sesión, en el que está incluida la oferta SDP final. Es en este momento cuando se activan los recursos necesarios en la red origen, para soportar los medios que se han negociado. Si se ha habilitado el control de QoS mediante COPS, IMS puede interactuar con el nivel para autorizar los recursos y la QoS para cada medio. Por su parte, en la red destino se activan los recursos, una vez que llega el PRACK con el mensaje SDP final. Para simplificar la figura no se ha mostrado el mensaje SIP 200 OK de respuesta del PRACK desde el terminal destino hacia el terminal origen. Cuando éste recibe el mensaje 200 OK, envía un mensaje SIP UPDATE para indicar al destino que ha tenido éxito la operación de activación. Es entonces cuando el terminal destino avisa a su usuario de que le están llamando, a la vez que envía la señalización SIP para indicar al terminal origen que el usuario destino está siendo alertado.
  4. Por último, cuando el usuario destino descuelga para recibir la sesión de videoconferencia, su terminal envía otro mensaje 200 OK, con el que se confirma el establecimiento definitivo de la sesión desde el usuario remoto. Si se implementa el control QoS desde IMS, este mensaje activa a su paso, a través de IMS, el plano de transporte para autorizar la transferencia de paquetes, y empieza el intercambio de tráfico de usuario, compuesto de audio y vídeo, entre los terminales que soportan el servicio.

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