IMS／MMD

無線通信技術

NGN全般

• 参考文献
  • 日経コミュニケーションズ
    • 2007/02/01
  • IMS入門[インプレスR&D]

• IMS*1/MMD*2

概要 †

• NGN*3におけるサービス提供プラットフォーム
  • ユーザの位置や，アクセス網の種類に依存する事無くサービスが提供可能となる
  • FMC*4の基盤となる技術
• SIP*5を利用
  • 新しい機能やアプリケーションの追加に対して高い拡張性
• 既にプッシュ・ツー・トークなどに使われている
• 3GPPではIMSだが，3GPP2ではMMDという名称
  • MMDに関してはモバイル環境におけるMMDセッション制御高速化に関する検討に詳しく手法が書いてある

標準化、利用の変遷 †

技術の採用 †

• IETF*6
  • IMSの機能に採用する技術
    • セッション層：SIP*7プロトコル
    • ユーザ認証インタフェース：Diameterプロトコル（モバイルIPにも対応）

• 3GPPとIETFの協同作業によるIMSの策定
  • IETF：プロトコル仕様を作成
  • 3GPP：アーキテクチャー規定とプロトコルの統合

標準化 †

• 3GPPにおいては，2000年にIMSの標準化が始まる
  • 最初のIMS技術仕様は3GPPリリース5(2002年)
  • リリース6(2005年)
  • リリース7(2007年予定)

• IMSをベースとした標準化
  • QoSやIPTVなどのマルチメディア・サービスを実現するための追加機能が検討されている
    • ITU-T*8
    • 欧州ETSI*9

ビジネスモデル †

• IMS専門の業者がIMSのサービスを提供
  • 通信事業者はまた別にサービスを展開する

• IMSにより通信の垂直統合型サービスから水平統合型へ
  • アプリケーション
    • サービスごとにASを配置する
  • コントロール（制御）
    • IMSコアが管理（HSS,CSCF,MGCF/SG))
  • トランスポート（転送）
    • IPバックボーン
    • MGWと通じて電話網/ISDN網にも
  • アクセス
    • 固定・無線など

技術 †

• IPベースのパケット交換方式へ，電話サービスが移行している
  • IPベースなら安価かつ柔軟に新しいマルチメディア通信が提供可能になる
  • 携帯電話網の回線交換機能部がIP化される

• 従来は，ネットワークは制御サービスとデータ通信サービスは密接だった
  • ネットワークごとにシステムが構築されていた
  • IMSは，制御とデータ通信を分離して共通化する
    • 通信のレイヤ分けのイメージ
  • 「インフラに依存せず，上位のアプリケーションに対して柔軟にサービスを提供出来る」

IMSとMMDの違い †

• パケット通信方式
  • IMSは3GPPのGSMによるGPRS*10を用いている
    • 携帯電話のパケット通信方式
  • MMDはモバイルIPを使っている

• 認証関連
  • 3GPPでの認証関連情報ICチップ（「識別子」の章を参照）
    • ISIM*11：IMS加入者識別モジュール
    • USIM*12：汎用加入者識別モジュール

• 3GPP2での認証関連情報ICチップ
  • R-UIM*13：取り外しが可能なユーザ識別モジュール

要素 †

CSCF*14 †

• セッション管理機能
  • 2階層のセッション層を用意することで，異なるネットワーク間でも通信を可能に
  • P/I/S-CSCFの3種類

P-CSCF*15 †

• 端末と相互接続するSIPサーバ（端末が存在するネットワーク）

S-CSCF*16 †

• 呼制御を行うホーム網の機能でセッションの中心
  • セッションや加入者情報を保持
  • サービス制御のためにASと接続

I-CSCF*17 †

• 問い合わせCSCF
  • P-CSCFとS-CSCFとの間で引き継ぐCSCF
  • ユーザの加入者情報が格納されたHSS*18を特定する

HSS †

• ユーザの加入情報が入ったホーム加入者サーバ
• 複数の場合もある
  • SLF*19にアクセスしてどのHSSか特定する
    • どのHSSにユーザ情報を格納するかを管理する機能
    • I-CSCFとS-CSCFにつながっている

• 格納
  • ユーザに関する情報
    • ユーザ識別子
    • 長期共有キー
    • ユーザの加入サービス・プロファイル（サービス情報）
  • 認証計算アルゴリズム（処理手順）

• 基本的にはセルラー網のHLRとHSSは別物
  • 3GPP標準において、HLRも含む機能構成要素として定義されている

MRF*20 †

• マルチメディアリソース機能
  • 画像のコーディング変換や音声合成などのメディアを扱う部分
• MRFC*21：制御部
• MRFP*22：処理部

ネットワーク †

• ローミングしても，呼制御するのは上の階層のホーム網
  • ローミング先でも，常に同じサービスの提供が可能になる

在圏網 †

• 端末，P-CSCFまで

ホーム網 †

• コアのS-CSCFまで
• 加入者が契約しているネットワーク

他ネットワークとの連携要素 †

• SIPベースのIMS網と、回線交換の公衆電話網PSTN*23や公衆移動通信網PLMN*24との相互接続（インターワーク）

BGCF*25 †

• ブレークアウトゲートウェイ制御機能
• 他の電話網などへ、SIPベースのVoIPとしてのIP電話通信のルーティングを行う

MGCF*26 †

• メディアゲートウェイ制御機能
• 通話の信号変換を行う
  • VoIPとPSTNでの音声転送の変換制御
  • 通話制御に用いるNo.7信号方式ISUP*27

IMS-MGW*28 †

• IMSメディアゲートウェイ
  • 転送方式や符号化方式の変換ポイント
  • VoIPと、電話網側のパルス符号変調PCM(Pulse Code Mudulation))

QoS制御 †

AF*29 †

• IMSネットワーク上にあり、ユーザがサービスに必要な設定を抽出する

PDF*30 †

• ポリシー決定機能
  • サービスの内容に合わせてベアラ（パケット転送路）などの設定の許可を決定、通知する
• リリースによる機能の位置
  • 3GPPリリース5では、PDFはP-CSCFに内臓されていた
  • 3GPPリリース6では、P-CSCF外の独立機能とすることが可能となった
  • 3GPPリリース7では課金機能とQoSポリシー制御機能が統合されて名称も変わった
    • PDFは、ポリシーおよび課金ルール機能PCRF*31
    • PEPは、ポリシーおよび課金施行機能PCEF*32

• プロトコル
  • Diameter
    • P-CSCFとPDF間のGqインタフェース
  • COPS*33
    • PDFとGGSNのPEP間のGoインタフェース
  • リリース7から、COPSはDiameterに変更され、統合された
    • 参照名も、Rx/Gxインタフェースという名称になった

PEP*34 †

• ポリシー実施点
  • ベアラ等の設定を実際にIPネットワーク上で行うところ

識別子 †

3G携帯電話 †

• 3G携帯電話での識別子の内容

ISIM*35 †

• IMS加入者識別モジュール
• アプリケーションモジュールで、3つの要素が格納される
  • ユーザー識別子
    • 1つのIMPIと、1つないし複数のIMPU
  • 長期共有キー Ki
    • 契約時に割り当てられる
  • URI
    • 当該ユーザのホームIMSネットワークドメイン
• 3GPPネットワークでは、UICCに格納される
  • ISIMとUSIMの両方を格納することにる

IMPU*36 †

• 電話番号に相当する識別子
  • SIP URI
    • SIP信号メッセージをルーティングするための識別子

      Sip:usename-first.username-last@ims-operator.com
      sip:+81-3-3456-xxxx@ims-operator.com

  • tel URI
    • 従来の電話端末から電話かけるときに使う

      tel:+3-12-3456-78xx

• 2in1のように、利用するIMSサービスの種別等に合わせたりして複数のIMPUが割り当てられる

IMPI*37 †

• 加入者契約やアクセス時の認証のために使われる
  • ネットワークアクセスのNAI*38の形式で表現

    username@ims-operator.com

• 3G携帯電話ネットワークのIMSI*39に対応した役割

サービス識別子 †

ICSI*40 †

• IMS通信サービス識別子
  • INVITEメッセージに含めて、通信したい通信サービスを指定する

• ASへアクセスするためのSPTの条件として使うことも出来る

PSI*41 †

• IMPUは加入者を指定するのに対して、サービスを指定するのに使われる識別子
  • PSIによって、対応するASへとメッセージがルーティングされる

• ルーティングの方法
  • 直接ルーティング
    • HSSにPSIと対応するASのURIを収容
    • 着信時にI-CSCFからHSSに問い合わせたときにASへとルーティング
  • 間接ルーティング
    • HSSにPSIと対応するフィルタ・クライテリアを収容
    • S-CSCFからフィルタ・クライテリアによってASへとルーティング
  • DNSルーティング
    • DNSにPSIと対応するASのURIを収容
    • 着信時にI-CSCFからDNSへ問い合わせしてASへとルーティング

• PSIの表記
  • IMPUと同様なURIの形をしている
    • chatlist1のグループメンバーとチャットするときのAS

      sip:chatlist1@example.com

    • 今でいう117の時報など特別サービスの番号みたいな

プロトコル †

Diameter †

• AAA*42の機能を提供するRADIUS*43を拡張
  • インターネット上での、認証・許可・課金
  • RADIUSは小規模ネットワークに適していたが、それを大規模ネットワークに適用させた
• CSCFとHSSや、CDCFとSLF、ASとHSSの間のプロトコル

SIP †

• CSCF間や、S-CSCFとAS、S-CSCFとMRFC間のプロトコル

H.248 †

• MRFC〜MRFP間でやりとりされるプロトコル
  • Gateway Control Protocol（ゲートウェイ制御プロトコル）
• IETFとITU-Tが共同で仕様を作成
  • IETFではMegaco*44（メディア・ゲートウェイ制御）と呼んでいる

XCAP*45 †

• XML設定アクセスプロトコル
  • ユーザ（IMS端末）とAS間のプロトコル
• 通常のWebページなどならHTTPで十分

基本手順 †

登録 †

• ユーザからアクセスネットワークを通じて在圏網からホーム網へとアクセス
  • ホーム網において、担当するS-CSCFでHSSの認証用情報を基にユーザ認証を行う

• IMSでは必ず「発信」「着信」手順の前に登録手順がある
  • IMS加入者は動くので、自分の位置（IPアドレス）を登録する必要があるから

セッション †

• SIPの手順に従って、INVITEメッセージを送付して起動
  • 自分の在圏網からホーム網へとアクセスし、そこから相手側のホーム網を通して相手の在圏網へつながる
  • INVITEメッセージを受け取った相手は、OKを逆の経路で返すとセッションが完了
• セッション後
  • メディアはマルチメディアリソース機能処理部MRFP*46を経由する
  • ここで同時に課金システムに送る処理も行われる

• 手順
  • 端末からSIPメッセージが発信される
  • 端末のネットワークのP-CSCFから，ホーム網のS-CSCFに送られる
  • S-CSCFにおいて，メッセージの分析を行う
    • 加入者情報データベースHSSと連携
  • メッセージを，着信側のS-CSCFかMGCF*47に送信
  • 通信が開始される

• 3方向ハンドシェーク方式
  • 信頼線の高い通信を行うために、確認しながらセッションを確立する
  • メッセージ
    • セッション確立要求（INVITE）
    • 最終応答：成功（200 OK）
    • 確認（ACK）

GPRSにおけるP-CSCF発見方法 †

• 現在の在圏網のP-CSCFに最初にアクセスしたい
  • DHCP*48手順による方法
    • ネットワーク上のコンピュータに動的にIPアドレスなどを割り当てる方法
    • ネットワークのノードGGSN*49にDHCPリレー機能が必要となる
    • 無線LANアクセスなどの場合も利用可能
  • GPRS手順による方法
    • PDP*50コンテキストによって発見
    • 端末とネットワークの接続確立における構成情報の設定
    • 3GPPパケットネットワークに、より最適化された方法

終了手順 †

• 2方向ハンドシェーク方式
  • 要求（BYE）
  • 応答（200 OK）

サービス †

AS*51 †

• サービスを提供するためのサーバー
  • S-CSCFと連携し，アプリケーション関連の制御に集中出来る
  • サービスの制御は，ISC*52インタフェースを使う
    • HSSの中の加入者プロファイルの中に，ASのためのトリガー情報iFC*53を含む

ASへの接続基準 フィルタ・クライテリア †

• S-CSCFからASへメッセージ転送するかどうかのフィルタ基準
  • フィルタ・クライテリア（基準）
• S-CSCFの役割
  • ユーザ登録(REGISTER)時に加入者プロファイルをHSSからダウンロード
    • ユーザのiFCを確認して，SIPメッセージをASに転送する

• SPT*54
  • サービス点トリガ
  • ASにルーティングするトリガ条件
    • メッセージの種類
    • セッションの方向（発信・着信）
    • 登録の種別（初回・再・抹消）
    • SIPのヘッダの有無・内容
    • SDPパラメータ（メディアの種類など）

SIP-SDP*55 †

• SIP-ASをさらに進化させたプラットフォーム
  • ASの上位層にHTTPで連携する汎用サービス・プラットフォームを定義
    • APIを提供することで，サービスの開発や導入がしやすくなる
• 新しいサービスも作りやすくなる
  • リアルタイムに変化する加入者状態に応じたサービス
  • 音声や画像メディアの制御サービス

プレゼンスサービス †

• 相手の通信状態や通信アドレスを知ることができるサービス
  • 相手のプレゼンス状態によって、動作を変える高度な通信サービスを利用可能になる

• 要素
  • Presentity：プレゼンス情報を提供する側
  • Watcher：プレゼンス情報を監視する側

PoC*56（プッシュ・ツー・トーク） †

• 携帯端末上で行うIPトランシーバ・サービス
  • 半二重通信
    • 1対1または1対多
    • 同時に発言することのできる話者は1人
    • 発言する機会の制御を「フロア制御」という

• IMSプラットフェームを用いたサービス構築事例
  • 日本でも2005年11月からサービス開始された
  • IMSプラットフォームとSIP-ASで構成される

• グループ
  • 事前設定グループ
    • あらかじめ設定されたメンバーのみ参加できる
  • アドホック・グループ
    • 臨時（アドホック）の時にメンバーを招待でき、ホストに招待されたメンバーのみ参加
  • チャット・グループ
    • 任意のユーザが参加可能

• PoCサーバ
  • 制御PoC機能
    • セッションの集中制御
    • 音声メディアの配信
    • 集中フロア制御
    • 参加者情報の提供
  • 参加PoC機能
    • 個々のユーザのセッション制御
    • 個々のユーザの着信規制機能

• セッション設定方式
  • オンデマンドセッション
    • 必要なときに（オンデマンド）発信者とPoCサーバのセッションを設定する
    • フロア制御にはRTCP*57プロトコルが使われる
  • 事前設定セッション
    • 発信者とPoCサーバのセッションを事前に設定しておく

統合・相互接続サービス †

CS-IMS統合サービス CSI*58 †

• 既存の回線交換CS*59ネットワークで音声サービスを提供
  • IMSサービスも組み合わせてその他のメディア転送サービスを実現する
    • 非音声メディアをパケット交換PS*60/IMSドメイン）で提供

CSI-MTSI*61インターワーキング（相互接続） †

• MTSI
  • 電話を含むマルチメディア・サービス
    • 電話アプリケーションサービスTAS*62を導入
    • 電話以外のファイル転送を含むサービスと組み合わせられる

• CSIを仕様しているネットワークで、無線アクセスネットワークでVoIPができるようにしてMTSIを実現させたい
  • CSIとMTSIの相互接続サービスを提供すれば出来る
    • CSI ASを導入することによって相互接続が可能に

課金 †

• サービス課金には2種類ある
  • オフライン課金
    • 次月請求される料金請求
    • 使った分だけ、お金を払う仕組み
  • オンライン課金
    • プリペイドサービスなどの料金請求
    • 払った分だけ、使える仕組み

オフライン課金 †

• それぞれのノードから、Rfインタフェースを通じて課金データ機能CDF*63へと課金情報が伝えられる
  • Diameterプロトコルが使われて、SIPのセッションや課金イベントが通知される
  • CDFでは、記録のCDR*64が作られ、CGF*65を経由して料金請求システムへと送られる

• 関係するノード
  • P/I/S-CSCF
  • BGCF
  • BGCF
  • MRFC
  • SIP AS

オンライン課金 †

• それぞれのノードから、Roインタフェースを通じて課金データをオンライン課金システムOCS*66でクレジット管理が行われる
  • Diameterプロトコルにより、クレジット制御要求CCR*67メッセージが伝達される
• クレジット制御
  • リアルタイムにサービスの使用量と残高を制御する仕組み

• オンライン課金には大きく分けて、3つの課金形式がある
  • どれも、残額との兼ね合いを気にしながら課金するための仕組み

即時イベント課金 IEC*68 †

• セッションと関係しないSIPイベント発生時に、応じた課金を行う
  • IMSへの登録料など

ユニット予約によるイベント課金 ECUR*69 †

• セッションと関係しないSIPイベント発生時に、応じた課金ユニット予約を行う
  • 成功・失敗の状況によって課金や、未使用分の料金の返却等

ユニット予約によるセッション課金 SCUR*70 †

• セッションと関連したSIPイベント時に、応じた課金ユニットを予約する
  • セッション終了時に課金して、予約内の未使用分を返却する

SIP拡張 †

• IMS課金のために、IETFでSIP基本機能に加えられた拡張機能
  • 拡張されたヘッダのパラメータをIMSシステム内で利用できるようになった

課金機能アドレス*71 †

• SIPメッセージで課金情報の宛先となるCDFとOCSのIPアドレスを送信するためのアドレス
  • HSSからS-CSCFがそれらのアドレスを取得してヘッダに収める
  • P-Charging-Function-Address
• プロトコル上での名称
  • プロトコル上ではCDFとOCFは別の名称が割り当てられている
    • CDFは、課金収集機能CCF*72
    • OCSは、イベント課金機能ECF*73

課金ベクトル*74 †

• 複数のIMSノードで生成されるCDRの連携により、セッションに関する一連のCDRを特定するために使われる
  • P-Charging-Vector

• ヘッダ内のパラメータ値
  • IMS課金ID ICID*75
    • IMSノード間のセッション/トランザクションに対して共有されるID
    • 最初のIMSノードで生成される
  • 事業者間ID IOI*76
    • 事業者間で、発信事業者と着信事業者を識別するためのID
    • タイプが1〜3あり、事業者の組み合わせによって違う
  • アクセス網課金情報*77
    • アクセスネットワークIP-CAN*78とIMS（セッションレベル）のお互いの課金情報を連携する為に使用する

FMCへの応用 †

• 1つに集約
  • ワンフォン
    • 家庭の回線接続でも，屋外の携帯電話接続でも１つの端末で出来る
  • ワン・ナンバー
    • 番号を固定用と移動用で分ける必要がない

• 加入者データの統合
  • 現在はネットワークごとに違う
    • 固定網：加入者交換機
    • 移動体網：HLR*79
  • IMSでは，加入者データはHSSに統合して管理されるようになる

• VCC(Voice Call Continuity))への適用
  • パケット交換PSドメイン、回線交換CSドメインどちらからでもIMSドメインへつながるようにする