IMS - odpowiedź operatorów na fenomen popularności telefonii IP

Gigantyczny wzrost zainteresowania tanimi połączeniami telefonicznymi realizowanymi z wykorzystaniem sieci IP, a w szczególności Internetu, postawił przed tradycyjnymi operatorami sieci telefonicznych dość dramatyczne pytanie. Jaką usługę telefoniczną należy zaproponować, aby z powrotem przyciągnąć abonentów? Coraz więcej wskazuje, że może to być telefonia IP nowej generacji – łącząca zalety tradycyjnej telefonii IP z tradycyjną, dająca znacznie większą mobilność  – realizowana z wykorzystaniem architektury IMS.

Telefonia IP – dotychczasowe rozwiązania dla Kowalskiego

Istotą działania Internetu jako standardowej technologii łączenia komputerów przez sieć jest przekazywanie pakietów zawierających informacje o adresie IP nadawcy i odbiorcy oraz transmitowane dane. Pakiety są przekazywane przez kolejne routery, w których następuje porównanie z danymi zapisanymi w tablicach routingu zawierającymi informacje o właściwościach najbliższego otoczenia sieciowego i skierowanie, możliwie najkrótszą trasą,  do miejsca przeznaczenia.

Z tego samego mechanizmu korzystają popularne aplikacje do rozmów po sieci, co niestety ma też swoje ujemne skutki. Większość internautów dysponuje łączami w których gwarancja poziomu jakości usługi jest określana jako „best effort” i co tu dużo mówić, podlega trudnym do przewidzenia zmianom. Otrzymujemy najlepsze w danej chwili połączenie, ale jeśli obciążenie sieci wzrasta przekłada się do na spadek jakości naszego połączenia. Jakie ma to skutki dla  prowadzonej rozmowy nie trudno się domyśleć. Pakiety dochodzą z opóźnieniem, w różnej kolejności, część z nich jest gubiona itd. Po drugie skorzystanie z różnego rodzaju aplikacji do komunikacji IP wymaga pewnej wiedzy technicznej. Zazwyczaj dysponujemy jedynie tzw. niepublicznym adresem IP, albo jest on nam przydzielany w sposób dynamiczny – co przy nawiązywaniu bezpośrednich połączeń między terminalami / urządzeniami IP – rodzi kolejny problem dla użytkownika. Zmusza, albo do stosowania różnego rodzaju sztuczek związanych z przydzielaniem stałych adresów lub korzystania z autorskich, a więc niestandardowych, rozwiązań służących do rejestracji użytkowników i zarządzania ich mobilnością. W rezultacie abonenci serwisów Skype, Microsoft MSN, Yahoo czy AOL czy tworzą odrębne społeczności. 

IMS – na czym polega czyli trochę teorii   

U podstaw architektury IMS, którą zaaprobowała większość operatorów leży wykorzystanie 2 protokołów VoIP zdefiniowanych przez Internet Society / Internet Engineering Task Force (IETF):
RTP – ang. Real-time Transport Protocol) i SIP (ang. Session Initiation Protocol).

RTP został specjalnie opracowany z myślą o przekazywaniu strumieni audio/wideo. Nadawca korzysta z kodeka w celu zakodowania danych w formatach takich jak G.711, MP3, AAC lub MPEG. Strumień bajtów jest dzielony na pakiety, każdy z nich jest oznakowywany znacznikiem czasu, a następnie wysyłany do adresu docelowego. Stacja docelowa odbiera wiadomości RTP, ustawia je we właściwej kolejności oraz odczytuje je wstawiając niezbędne opóźnienia (zgodnie z oznakowaniem znacznikiem czasu).

Z kolei SIP odpowiada za zestawianie połączeń pomiędzy terminalami – niezależnie od miejsca i urządzenia z którego korzystamy. Nadawca wybiera adres SIP (SIP działa podobnie jak adres URL) nadawcy – który może wyglądać np. jak adres poczty elektronicznej czy numer telefonu. Wiadomość SIP z zaproszeniem do nawiązania połączenia zawiera również parametry techniczne RTP. Protokół komunikuje się z wieloma urządzeniami aż do momentu odnalezienia adresata (jeśli zalogował się do sieci) lub stwierdzenia, że adresat nie chce zostać odnaleziony – co wynika np. z ustawień w profilu użytkownika. Po mediacji połączenia i przyjęciu go przez odbiorcę, stacja nadawcy potwierdza połączenie wraz z parametrami RTP. Cała wymiana kończy się zestawieniem połączenia RTP pomiędzy obiema stacjami.

IMS – co to daje?

Uniwersalność IMS

Ponieważ IMS działa w ramach każdego rodzaju sieci dostępowej – może zostać wykorzystany w sieciach stacjonarnych, komórkowych (GPRS, UMTS) czy WiFi lub WiMAX. To z kolei oznacza, że przy zastosowaniu takich rozwiązań jak UMA czy IMR możliwa jest obsługa przenośnych, dwusystemowych terminali WiFi/komórkowy z automatycznym wyborem najlepszej w danym momencie osiągalnej sieci dostępowej. Wyobraźmy sobie sytuację, że zamiast kilku różnych telefonów czy aplikacji softphone mamy jeden przenośny telefon, jesteśmy zawsze dostępni pod jednym i tym samym numerem, a przełączenie na np. najtańszą sieć lub taką która oferuje najwyższą jakość następuje w sposób automatyczny. W pracy będąc w zasięgu firmowej sieci WiFi służącej do transmisji głosu korzystamy z bezpłatnych połączeń, wychodzimy poza nią, bez żadnej ingerencji z naszej strony zostajemy przełączeni na tradycyjną sieć komórkową. Jesteśmy w zasięgu publicznego hot-spotu – ponownie rozmowa nic nas nie kosztuje itd.

Przyjazna obsługa i większa otwartość  

Nawiązanie połączenie w telefonii IP de facto polega na wybraniu adresu IP rozmówcy. Ponieważ raczej mało kto z nas pamięta tego rodzaju ciąg liczb, usługodawcy oddają do naszej dyspozycji książkę adresową z funkcją translacji nazwy użytkownika na adres IP i odwrotnie. Dotychczasowa praktyka wskazuje jednak, że usługodawcy tworzą systemy o charakterze zamkniętym, a zatem chcąc porozmawiać z drugą osobą musimy skorzystać z usług tej samej firmy. W rozwiązaniu IMS po pierwsze zasadą jest, że niezależnie od sieci operatora  możemy się połączyć z drugą osobą, ponieważ operatorzy wprowadzili mechanizmy obsługi połączeń także spoza ich domeny, nawet jeśli jesteśmy zagranicą. Ta ostatnia funkcjonalność ta bardzo przypomina swoją zasadą popularny roaming w sieciach komórkowych i jest realizowana przez tzw. Proxy-CSCF (Proxy- Call Session Control Function) – pełniący rolę punktu wejściowego dla wszystkich terminali, analizującego komunikaty przesyłane przez telefony (w tym o identyfikacji operatora). Co więcej podłączając telefon SIP do sieci, w sposób automatyczny informacja o naszej obecności jest odnotowywana na serwerze HSS (Home Subscriber Server) – a zatem nasz rozmówca wcześnie może sprawdzić czy np. wszystkie osoby, które miały wziąć udział w telekonferencji są już dostępne.

Szersze możliwości

Funkcja S-CSCF (Serving-Call Session Control Function) odpowiadająca w IMS za translację umownej nazwy abonenta na jej adres IP, może służyć również do wywołania dodatkowej aplikacji lub funkcji. Przykładowo ciąg znaków taxi – może być interpretowany przez S-CSCF jako polecenie wywołania aplikacji zajmującej się obsługą floty pojazdów w przedsiębiorstwie taksówkowym, która połączy nas z najbliższym pojazdem tego przewoźnika. Z kolei zastępując w treści wiadomości SIP inicjującej połączenie imię naszego rozmówcy „Jurek” ciągiem „Jurek skrzynka” możemy uzyskać połączenie do jego skrzynki głosowej. Łatwiej także jest niż w tradycyjnej telefonii zrealizować takie funkcjonalności jak przypisanie konkretnego dzwonka do rozmówcy – adres pod którym znajduje się konkretny plik z muzyką jest już nadsyłany w wiadomości SIP z zaproszeniem do rozmowy. Może to także być odnośnik do zdjęcia, do klipu filmowego czy nawet konkretnej strony www.

Jakość połączeń

Wymieniony wcześniej serwer P-CSCF wyciąga z wiadomości zawierającej zaproszenie do nawiązania połączenia,  informacje związane z opisem funkcjonalności terminala i przesyła je do modułu PDF (Policy Decision Function), który będąc bezpośrednio podłączony do sprzętu dostępowego, może dopasować jego ustawienia tak, aby najlepiej odpowiadały transmisji głosu.  Ma to kolosalne znaczenie dla zachowania odpowiedniej jakości rozmowy i zdecydowanie różni się od obecnie stosowanych rozwiązań w najpopularniejszych sieciach dostępowych.

Połączenie z tradycyjną siecią telefoniczną

Obsługa tego typu połączeń, które jeszcze przez długi czas będą realizowane, nie jest problemem w architekturze IMS. Serwer S-CSCF wykrywa, że wpisany adres naszego rozmówcy jest numerem klasycznego telefonu bądź komórkowego, wywołuje funkcję sterowania bramy BGCF (ang. Breakout Gateway Control Function), która z kolei uruchamia funkcję bramy MGCF (ang. Media Gateway Control Function), czuwającą nad zamianą pakietów IP na tradycyjną postać kodowania PCM (i odwrotnie).

Dzwonię, ale sieć nie może się skontaktować z moim rozmówcą

Jeśli wystąpił tego rodzaju problem, wówczas serwer S-CSCF wywołuje specjalny kontroler zasobów multimedialnych, który prześle do nas znaną np. telefonów komórkowych wiadomość głosową „Abonent nie jest osiągalny, proszę zadzwoń później”... 

Podsumowanie

IMS jest architekturą telefonii internetowej przyszłości, która otwiera przed operatorami szerokie możliwości jednoczesnego świadczenia klasycznych usług telefonicznych, telefonii IP i wprowadzania nowych multimedialnych aplikacji internetowych przy zachowaniu otwartej ścieżki do przejścia całkowicie na IP. Upraszcza architekturę, daje operatorom większą elastyczność i ogranicza ich koszty. Może stać się również podstawą dla konwergentnej telefonii realizującej w praktyce hasło komunikacji – niezależnie od miejsca, terminalu i rodzaju usługi z której chcemy skorzystać. Czym odpowiedzą na wprowadzenie IMS takie firmy jak Skype czy Microsoft? Konkurencja może być bardzo zażarta, a to na pewno wyjdzie użytkownikom na zdrowie.