IP multimedia subsystem (ims) is een architectuurstandaard voor 3e generatie mobiele netwerken die internetprotocollen gebruikt. Omdat ims een implementatie is van internettechnologie, moet het niet alleen de ontwikkeling van nieuwe mobiele diensten bevorderen, maar ook de integratie van vaste en mobiele toepassingen. Naast telecomleveranciers zijn ook diverse it-bedrijven bezig met ims.
Volgens onderzoeksbureau ABI Research is het belang van het ip multimedia subsystem (ims) voor de telecomindustrie te vergelijken met dat van de straalmotor voor de luchtvaart. Binnen een jaar bieden, althans volgens het betreffende onderzoek, alle essentiële service providers in zowel vaste als mobiele netwerken ims-diensten en degenen die achterblijven zijn te vergelijken met luchtvaartmaatschappijen die alleen propellervliegtuigen gebruiken.
De reden achter deze forse uitspraak is dat ims-implementaties een platform vormen waarop allerlei nieuwe diensten gemakkelijker gerealiseerd kunnen worden. Compatibiliteit is daarbij verzekerd, omdat ims internetprotocollen gebruikt en de eigenaardigheden en specifieke kenmerken van de onderliggende netwerken overstijgt.
Ims is, al is het primair ontworpen voor gsm-afgeleide derde generatie mobiele netwerken, dan ook geschikt voor verbindingen over vaste netwerken als adsl en draadloze technologieën als wlan (wireless local area network). Daarbij geldt wel dat iedere technologie toch specifieke mogelijkheden en beperkingen heeft.
Ericsson-engineers Camarillo en Garc�a-Mart�n noemen in hun boek ‘The 3G IP Multimedia Subsystem (IMS), Merging the Internet and the Cellular Worlds’ een aantal eisen voor ims, uitgaande van cellulaire pakketgestuurde netwerken. De eerste drie zijn ondersteuning voor ip-multimediasessies, ondersteuning voor een mechanisme om ‘quality of service’ (QoS) af te spreken en ondersteuning voor verbindingen (‘interworking’) met het internet en circuitgestuurde netwerken.
QoS is uiteraard belangrijk voor real time multimediasessies; voor het internet als geheel is dit nog onvolledig gerealiseerd.
De volgende eis, samenwerking met circuitgestuurde netwerken, is vooral bedoeld voor de aansluiting op klassieke pstn-diensten (public service telephone network).
Ims voor cellulair moet ook ‘roaming’ ondersteunen, de dienst waarmee abonnees van de ene mobiele operator gebruik kunnen maken van het netwerk van een ander, bijvoorbeeld in het buitenland.
Het is, omdat er uiteraard aan verdiend moet worden, voor een operator belangrijk om de aan de eindgebruiker geleverde diensten te kunnen beheren en beheersen: ook dat is een eis.
Ten slotte moeten op een ims-platform snel nieuwe diensten ontwikkeld kunnen worden zonder dat daar verdere standaardisatie voor nodig is. Deze eis bevordert de invoering van dergelijke diensten die, door de toegangsonafhankelijkheid van ims, bovendien (potentieel) een breed bereik krijgen.
Architectuur
Standaardisatie van ims valt onder verantwoordelijkheid van het third generation partnership project (3gpp). Deze organisatie is een samenwerkingsverband van Japanse, Chinese, Amerikaanse en Europese telecomstandaardisatie-organisaties dat zich speciaal bezighoudt met gsm en vooral de daaruit voortkomende derde generatie systemen. Ook ETSI (European Telecommunications Standards Institute) is vertegenwoordigd in 3gpp.
Internetprotocollen vallen onder verantwoordelijkheid van de IETF (Internet Engineering Task Force). Voor gebruik in ims waren die soms niet beschikbaar, of waren er aanpassingen nodig. Om die protocollen toch binnen het IETF te standaardiseren is een officiële samenwerking opgezet tussen 3gpp en IETF. Er is nog een standaardisatiegroep, met de naam 3gpp2, die vooral bestaat uit Amerikaanse en Aziatische telecomstandaard-organisaties en zich bezighoudt met wcdma2000 (wideband code division multiple access) cellulaire netwerken. Juist vanwege het gebruik van internetprotocollen is ims ook op deze infrastructuur te implementeren, met dezelfde kwalificatie dat soms aanpassingen nodig zijn.
Standaardisatie van ims wordt dan ook uitgevoerd in een samenwerking van IETF, 3gpp en 3gpp2, waarbij steeds gestreefd wordt naar vastlegging in internetdocumenten, de bekende rfc’s (requests for comments). Daarnaast zijn deze normen, met eventuele aanpassingen, ook opgenomen in de suite van 3gpp ims-standaarden.
Ims gebruikt het internet session initiation protocol (sip) om multimediasessies tussen ims-terminals tot stand te brengen, te beheren en te beëindigen. Sip is gebaseerd op http en smtp (zie kader) en zal, naar verwachting, in de toekomst net zo belangrijk worden als die twee standaarden.
Sip binnen ims is geconfigureerd en/of uitgebreid voor de cellulaire netwerkarchitectuur. Die onderscheidt het thuisnetwerk van de gebruiker, dat van de eigen mobiele operator, en andere netwerken waar hij of zij bezoeker is. Dit onderscheid is dan ook een van de specifieke kenmerken van ims.
De sip-functionaliteit is in ims onderverdeeld in call/session control functions en applicatieservers voor sip-diensten.
Het eerste contact van een ims-terminal met een mobiel netwerk (thuis of bezoeker) verloopt via een p-cscf (proxy) die onder meer verificatie van de gebruiker en betaling van diensten coördineert. De i-cscf (interrogating) is verantwoordelijk voor de routering naar andere netwerken en heeft een interface met de hss (home subscriber server) van de operator, waarin zich allerlei gebruikersgegevens bevinden. De s-cscf (serving) fungeert als centraal punt voor alle sip-signalering en onder meer ook als sip registrar (zie kader). Ten slotte is er nog een aantal gateways, waaronder een voor verbinding met een pstn (public service telephone network). Een media resource function (mrf) implementeert de mediadatastromen, de feitelijke ims-functionaliteit.
Autorisatie en verificatie zijn vanzelfsprekend essentieel voor levering van diensten aan eindgebruikers en ook dat gebeurt in mobiele netwerken op een specifieke manier.
In de terminals bevindt zich een uicc (universal integrated circuit card), een gestandaardiseerde algemene smart card met daarin als applicatie een usim (universal subscriber identity module) of isim (ip multimedia services identity module). Isim bevat ook parameters voor ims-terminalconfiguratie.
Diensten
Ims is in wezen een infrastructuur met een gestandaardiseerde interface, om op pakketgestuurde mobiele netwerken nieuwe internetdiensten aan te bieden. Welke diensten dat zijn ligt nog in de toekomst verborgen. Onderzoeksbureau ABI Research noemt alleen VoIP (voice over ip). Dit is (waarschijnlijk met enkele toegevoegde functies) een voor de hand liggende toepassing. Instant messaging over mobiele, vaste en andere draadloze netwerken is ook een mogelijkheid. Ims is natuurlijk zeer geschikt voor het voeren en beheren van videoconferenties.
Camarillo en Garc�a-Mart�n geven een vrij uitgebreide bespreking van een zogenaamde ‘presence service’. Hiermee kan een gebruiker zijn of haar bereikbaarheid op diverse soorten terminals overal en altijd configureren. Dat lijkt een interessante functie voor de zakelijke markt en de mobiele werker.
Het is ook mogelijk dat allerlei diensten die nu specifiek voor mobiele netwerken worden ontwikkeld, in de toekomst naar ims migreren. Mobiele televisie is een voor de hand liggend voorbeeld.
Ims en sip zijn een duidelijke stap in de convergentie van computing en (mobiele) communicatie. Zo houden naast Nokia, Ericsson en Sprint ook IBM, Microsoft en Cisco zich met deze technologieën bezig.
In het JCP (Java Community Process) zijn enkele Java api-standaarden gepubliceerd voor toepassing met sip. BEA Systems, bijvoorbeeld, levert een BEA Weblogic communications platform in ims met een op Java-sip-servlets gebaseerde sip applicatieserver.
HP levert een ims-architectuur en een ip-multimedianetwerkarchitectuur die door onder meer LogicaCMG worden gebruikt als platform voor de ontwikkeling van nieuwe mobiele-telecomdiensten.
Vergelijking met een straalmotor mag dan overdreven klinken, ims zou wel eens de Airbus A380 kunnen worden voor mobiel. De twee systemen bevinden zich zelfs in dezelfde ontwikkelingsfase, vlak voor de grootschalige commerciële toepassing, met alle onzekerheden van dien.
SIP
Ims is verdeeld in de medialaag, waarin de eigenlijke diensten zich bevinden, en de signaleringslaag met protocollen die de medialaag tot stand brengen en beheren. Dit zijn allemaal door de IETF gestandaardiseerde protocollen die door de 3gpp zijn overgenomen. Hierbij zijn soms aanpassingen of uitbreidingen gemaakt voor toepassing in mobiele netwerken.
De belangrijkste component van ims is het protocol dat gebruikt wordt om multimediasessies tot stand te brengen, te modificeren en te beëindigen, het session initiation protocol (sip).
Sip is net als http (hypertext transfer protocol) een verzoek/responsprotocol met berichten die in tekst zijn geformuleerd.
Een sip-bericht bestaat uit een beginregel, een aantal headervelden en vervolgens, optioneel, een door een blanco regel gescheiden ‘message body’. Die is gecodeerd in het mime-formaat (multipurpose internet mail extensions), net als e-mailaanhangsels.
Een belangrijke functie van sip is het beschrijven van multimediasessies. Hiervoor bestaat een standaardformaat, dat weliswaar geen protocol is, maar evengoed session description protocol (sdp) wordt genoemd. Zo’n sdp bevat onder meer het onderwerp van een sessie, het ip-adres van de afzender met de poorten waar audio en video kunnen worden ontvangen, en de standaardcodecs (digitale codeer- en decodeerformaten) die daar dan voor worden ondersteund. Door de mime-standaardisatie kan een sdp-beschrijving automatisch door een clientapplicatie worden behandeld.
Het grote voordeel van sip boven andere protocollen, zoals ss7 (signaling system 7) voor initialisatie en beheer, of de H.323-suite voor video, is juist deze aan smtp (simple mail transfer protocol) ontleende standaardformattering. Als de ims-infrastructuur eenmaal is geïnstalleerd, wordt het een stuk eenvoudiger om nieuwe diensten te implementeren en te configureren.
Een sip-netwerk is opgebouwd rond vier functionele actoren.
Sip user agents (ua) zijn de terminals van de eindgebruikers. Dit kunnen pc’s of pda’s zijn, maar ook speciaal voor sip ontworpen toestellen.
Een sip-verzoek van een ua gaat naar een sip proxy server die het meteen aflevert of doorstuurt naar aan andere proxy server. De benodigde adresinformatie hiervoor wordt geleverd door een sip registrar server. Uitnodigingen voor een sessie kunnen bovendien naar een extern domein worden verstuurd door een sip redirect server.
Sip-adressen hebben precies hetzelfde formaat als e-mailadressen; sip:j.jansen@bedrijf.com kan bijvoorbeeld zo’n adres zijn.
Met de sip registrar server kunnen, afhankelijk van op te geven gebruikersvoorkeuren, verzoeken doorgestuurd worden naar een willekeurig sip-adres. Elke gebruiker heeft voor elk domein een zogenaamd ‘address of record’ dat als ingang dient en vervolgens vervangen wordt door het sip-adres van de gewenste user agent ofwel terminal. Zo ondersteunt het sip-protocol rechtstreeks de persoonlijke mobiliteit van de eindgebruiker.
Sip is echter ontworpen voor het internet en niet voor cellulaire netwerken.
De sip-server wordt in de ims een cscf (call session control function); daarvan zijn er drie: een p-cscf (proxy), i-cscf (interrogating) en s-cscf (serving). Voor verificatie en lokalisering wordt bij het opzetten van een sessie met sip ook de hss (home subscriber server) van het mobiele netwerk aangesproken.
Om sip-producten en toepassingen in algemene zin te bevorderen is het zogenaamde ‘sip forum’ opgezet (http://www.sipforum.org). Diverse grote en bekende bedrijven, waaronder IBM, Microsoft, Nokia en Ericsson, doen hieraan mee.
