Componentes de la red IMS:

La red IMS posee varios componentes que hacen a este subsistema una red convergente, los componentes son CSCF, MGW, MGCF, HSS y AS.

CSCF (Call Session Control Function)

Corresponde a una serie de funcionalidades que juegan un rol esencial en el núcleo de la red IMS. Es el responsable del control de señalización para las comunicaciones de UE (User Equipment) con los servicios mejorados que ofrece IMS a través de diferentes redes de acceso y dominios.

El CSCF controla:

• El establecimiento y término de las sesiones.
• Actúa como usuario de autenticación.
• Seguridad de la red.
• Calidad de servicio.

Existen varios tipos de CSCF definidos, los 3 tipos más relevantes, de acuerdo a la funcionalidad ofrecida, siendo importante señalar que estas pueden ser entregadas a través de un mismo nodo físico presente en el dominio de la red IMS.

Los 3 componentes son:

• P-CSCF
• I-CSCF
• S-CSCCF

P-CSCF (Proxy – Call sesión Control Function)

Es el primer punto de contacto entre el dispositivo móvil y la red IMS. Este componente actúa como un SIP-Proxy, donde todas las solicitudes y respuestas de SIP desde/hacia el UE pasan a través de él. El equipo físico puede estar ubicado en la red local del usuario o en la red visitada, siendo este caso del roaming.

Las funciones de gran importancia del P-CSCF son:

• Validar el uso correcto de los mensajes SIP con el UE, de acuerdo al estándar SIP.
• Asegurar la integridad de los mensajes entre el UE y la red IMS, haciendo uso de IPsec o seguridad asociada a la capa de transporte (TLS).
• Autenticar y validar la identidad del UE en la red.
• Realizar la compresión de los mensajes SIP para asegurar la eficiencia en la transmisión a través de canales de banda estrecha.

Este componente de IMS puede aplicar las políticas para la autorización al acceso de recursos del plano multimedia, ancho de banda y administración de QoS. Por otro lado, también puede recolectar información para la facturación desde los distintos nodos de la red.

S-CSCF (Serving-CSCF)

Cumple la función central en el plano de señalización en el núcleo de la red IMS. Un nodo S-CSCF actúa como un SIP registrar, es decir, un servidor que acepta los mensajes SIP REGISTER, y en otros casos como un servidor SIP redirect.

Este equipo es responsable de procesar el registro de localización de cada UE, realizar la autenticación del usuario y enrutamiento/procesamiento de una llamada. Soporta las interfaces Diameter Cx y Dx hacia el HSS (Home Subscriber Server) para realizar la descarga de información de autenticación y perfil de usuario de UE que está siendo registrado en la red IMS.

Toda la señalización SIP desde y hacia los UE pasa por el S-CSCF durante el proceso de registro. También provee enrutamiento para los mensajes SIP y activación de servicios.

También aplica políticas en el plano del operador de red y se encarga de que los usuarios no lleven a cabo acciones o solicitudes no autorizadas.

El equipo físico siempre está localizado en la red Home, considerando además que puede haber más de un S-CSCF en la red, con el objetivo de ofrecer escalabilidad y redundancia del servicio.

I-CSCF (Interrogating-CSCF)

Corresponde a un proxy SIP que está localizado en el borde del dominio de la red IMS. Su dirección IP es publicada a través del servidor DNS del dominio (utilizando NAPTR y SRV como registro DNS), entonces los servidores remotos pueden encontrarlo y utilizarlo como punto de reenvío para los paquetes SIP dentro del dominio de IMS.

Implementa una interface Diameter(RFC 3588) hacia el HSS, y consulta el HSS para obtener la dirección IP del S-CSCF con el objetivo que un UE pueda realizar el registro SIP en la red IMS. Siendo un proxy SIP, el I-CSCF reenvía los mensajes de solicitud y respuestas SIP hacia el S-CSCF, donde adicionalmente puede encriptar partes de los mensajes SIP para asegurar cualquier información sensible a modificación o lectura.

IMS-MGW (Media Gateway de IMS)

Cumple un rol de gran importancia para el correcto funcionamiento del servicio de voz cuando existe un tráfico con redes externas asociadas a otras tecnologías. Este componente realiza la traducción de protocolos de datos multimedia en tiempo real RTP de acuerdo a las distintas codificaciones utilizadas en el tráfico de voz dentro de las redes de conmutación de circuitos (CS).

Es capaz de enviar y recibir datos sobre RTP en las sesiones de IMS establecidas, a la vez hace uso de uno o varios time slot del esquema de modulación de código de pulso(PCM), para así transmitir por la interfaz conectada a la red de CS.

Otra de sus funciones principales es la posibilidad de realizar una transcodificación de la comunicación en curso, lo que se da cuando los codecs utilizados entre ambos extremos son distintos.

MGCF (Media Gateway Control Function)

Es un controlador de gateways que traduce los protocolos de llamadas IMS (SIP) en ISUP (ISDN User Part), donde este último corresponde a un protocolo de comunicación de circuitos utilizado para establecer, manejar y gestionar llamadas de voz en la PSTN mediante señalización número 7 o SS7. Se comunica con el CSCF y selecciona un nodo apropiado dependiendo del número de enrutamientos para las llamadas entrantes de una red de la antigua generación por ejemplo PSTN.

HSS (Home Subscriber Server)

Es un elemento de la red IMS que reside en el plano de control, actuando como un depósito central de todos los suscriptores, especificando autorizaciones, perfiles de servicio y preferencias para una red IMS. Integra varias funciones, algunas de las que aún existen en el Home Location Register o HLR de redes móviles.

Dentro de sus principales funciones están:

• Base de datos de perfiles de suscriptores/Sebscriber Profile Database.
• Permisos de servicios de suscriptor/Subscriber Service Permissions.
• Opciones de preferencia de suscriptor/Syscriber Preference Settings.
• Servidor de autenticación móvil/Mobile Authentucation Server.
• Home Location Register (HLR) para el roaming en los dispositivos.
• Función de presencia para el suscriptor/Susbriber Presence Function.
• Función de localización para el suscriptor/Subscriber Location Function.

Cuando la red es de una gran envergadura será necesario tener a disposición más de un HSS. En el contexto anterior, al contar con más de un HSS se requerirá de la instalación del Subscriber Location Function (SLF), un elemento de red usado por el CSCF para asignar a cada usuario a uno de los HSS que se encuentran presentes en la red.

Los datos que almacena el HSS incluyen identidades públicas y privadas de suscriptores, credenciales usadas para la autenticación, datos que definen que servicio y tipo de medios permitidos para cada suscriptor, además del control lógico de llamada en la forma de Initial Filter Criteria (IFC) usado para instruir al S-CSCF respecto a los mensajes de enrutamiento del protocolo de inicio de sesión o SIP.

Componentes de NGN:

Media Gateway (MGW)

El principal objetivo es interconectar la PSTN con la NGN para un proceso de fusión y futura migración. Además, proveen interfaces directas a usuarios que suben por la NGN. Aquí es donde el tráfico entra o sale de la red IP desde o hacia la red telefónica convencional. Permiten flexibilidad de acceso a la red (por ejemplo, vía una pbx tradicional, la red pública telefónica conmutada, la red pública inalámbrica y más). El componente más básico que posee es el DSP, el cual se encarga de las funciones de conversión de análogo a digital, los códigos de compresión de audio/video, cancelación del eco, detección del silencio, la señal de salida de DTMF (Dual-Tone Multi-Frecuency) y su función más importante es la traslación de la voz en paquetes para poder ser comprendidos por la red IP.

Características del Media Gateway:

• Access Media Gateway (AMG), también conocido como universal Access Unit (UAU).
• Proporciona acceso de los abonados a redes y servicios NGN (Red de paquetes).
• Convierte los flujos de tráfico de acceso analógico (POTS) o los mecanismos de acceso de 2 Mb/s en paquetes.
• Permite la conversión de la data desde un formato a otro.
• Proporciona el transporte de voz, datos, fax y video entre la red IP y la red PSTN.
• El componente más básico que posee es el DSP (Digital Signar Processors).
• El DSP se encarga de las funciones de conversión de análogo a digital.

Media Gateway Controller (MGC)

Sirve de puente para redes de diferentes características, incluyendo PSTN, SS7 y redes IP. Es la unidad funcional, mantiene las normas para el procesamiento de llamadas, por medio del Media Gateway y el Signalling Gateway los cuales ayudan a mejorar su operatividad. El responsable para ejecutar el establecimiento y desconexión de la llamada es el Signalling Gateway. Frecuentemente esta unidad es referida como Call Agent o Media Gateway Controller.

Sus funciones son:

• Control de llamadas.
• Establecimiento de llamadas a través de los protocolos H.323 y SIP.
• Control de los Media Gateway a través del protocolo H.248 (Media Gateway Control).
• Control de señalización a través del protocolo SS7.
• Enrutamiento.
• Detalle de las llamadas de facturación.

Signalling Gateway

Sirve como puente entre la red de señalización SS7 y los nodos manejados por el softswitch en la red IP. Maneja únicamente señalización SS7, es responsable de ejecutar el establecimiento de la llamada.

Provee conectividad física para la red SS7 vía T1/E1 o T1/V.35. Con capacidad de transportar información SS7 entre Gateway Controller y el Signalling Gateway a través de IP. Además proporciona una ruta de transmisión para la voz y opcionalmente para los datos. Provee alta disponibilidad de operación para servicios de telecomunicaciones.

Son los componentes de red responsables de la transferencia de señalización de mensajes, es decir, la información relacionada con establecimiento de llamada, facturación, localización, mensajes cortos, conversión de direcciones y otros servicios, entre Common Channel Signaling (CCS) nodos que se comunican mediante diferentes protocolos y transportes. La conversión es a menudo de SS7 a IP.

TISPAN

Arquitectura de red

3gpp quiso proporcionar servicios de multimedia que fuesen basados en internet protocol (IP), lo que lo llevo a crear IMS (IP Multimedia System) que son un abanico de especificaciones en conjunto que describen dicha arquitectura de las redes NGN, conformado por una estructura compuesta por capas, estas son: la capa de aplicación, la capa de control y la capa de acceso, también es capaz de alojar múltiples tecnologías como UMTS, GSM y GPRS las cuales corresponden a las de acceso, así las tecnologías de transporte como Ipv6 también son parte del grupo a quienes da acogida IMS. Con IMS los componentes que ha sido analizados como los GSM lo que se quiere lograr es eliminarlos para así poder lograr una convergencia en las redes con elementos seleccionados y nuevos.

IMS ha sido conformada con el fin de controlar e integrar los servicios multimedia, para hacer la tarea más sencilla, IMS se basa en protocolos IETF (Internet EngineeringTaskForce) como el conocido protocolo SIP. IMS lo que desea lograr es una convergencia entre las aplicaciones, cuenta con una capa horizontal llamada control que logra la capacidad de aislar la capa de servicio con la de red, así los servicios de manera independiente no necesitarán contar con funciones de control específicas ya que la capa antes mencionada como ‘control’ será la encargada de realizar dicha acción.

BGCF (Breakout Gateway Control Function)

Consiste en un servidor que se utiliza para llamar desde una red IMS a un teléfono de conmutación de circuitos, se utiliza como control de pasarela de salida, proporciona la función de salida para las llamadas destinadas a la RTC / Red de móviles. La función de BGCF selecciona la pasarela de MGCF adecuada para gestionar las llamadas en función de su destino.

MRF (Media Resource Function)

Proporciona aplicaciones de audio y video en la red, se logra una transferencia de datos en tiempo real, como por ejemplo mezclar media, hacer transcoding entre diferentes CODECs, obtener estadísticas y análisis de los tipos de media utilizados, el cual se divide en dos nodos, el MRFC (Media Resource Function Control). En el plano de señalización actúa como un SIP User Agent haciendo interface con el S-CSCF y MRFP (Media Resource Function Processor). Implementa todo lo relacionado al procesamiento de la media como ejecutar y mezclar streams.

3GPP

Sistemas móviles de segunda generación (2G)

La segunda generación de estos sistemas (2G), se caracteriza principalmente por el desplazamiento de los métodos analógicos de su antecesor. Esta generación llegó hasta los comienzos de 1990, destacándose por sistemas digitales, tales como TDMA (Time Division Multiple Access), y CMDA (Code Division Multiple Access). Otros servicios que valieron su popularidad, agregados a las mejoras en seguridad y capacidad, están los SMS (Short Message Service) y datos conmutados por circuito.

• CdmaOne: Sistema basado en CDMA (Code Division Mutiple Access) IS-95 (Interim Standard 95). Utiliza la técnica de dispersión de espectro el cual incluye la interacción de códigos y tiempo para verificar celdas y canales. Su Bandwidth es de 1.25Mhz.
• D-AMPS (Digital – Advances Mobiles Phone System): Esta basado en el sistema de IS-136 (Interim Standard – 136), lo cual lo describe como una mejora de AMPS. Utiliza la técnica de acceso TDMA, D-AMPS. Este método se usa principalmente en America del Norte, como también en Nueva Zelanda y Lugares de Asia-Pacifico.
• GSM (Global System for Mobile Communications): Esta tecnología es quizá la mas conocida y la mas representativa de los sistemas 2G. Fue desarrollada inicialmente por el ETSI (European Telecomunications Standards Institute) para el viejo continente y diseñada para operar bajo las bandas de frecuencias de 900 MHz y 1800 MHz. Actualmente este sistema aun se implementa y es ampliamente apoyado en todo el mundo, con bandas que bordean los 850 MHz y 1900 MHz, utilizando TDMA y utilizando 8 ranuras de tiempo (timeslots) en una portadora de radio de 200KHz

GSM

La arquitectura de GSM entrega cuatro subsistemas, cada subsistema esta provisto de un cierto numero de equipos funcionales y conectados entre si mediante interfaces.

• PSTN (Public Switching Telephone Network) – Red Telefonica Publica Conmutada.
• ISDN (Integrated Services Digital Network) – Red Digital de Servicio Integrado.
• PSPDN (Packet Switched Public Dara Network) – Red Publica De Datos Conmutada por paquetes.
• CSPDN (Circiut Switched Public Data Network) – Red Publica de Datos Conmutada por Circuitos.

MS (Mobile Station): Estacion Movil:

• ME (Mobile Equipment):Equipo Movil del suscriptor.
• SIM (Suscriber Identify Module): Tarjeta con numeración única que permite identificar al suscriptor del móvil.

BSS (Base Station Sub-System): Sub-Sistema de Estacion Base:

• BSC (Base Station Controller): Controla y gestiona las BTS.
• BTS(Base Transceiver Station): Puntos de cobertura celular, recibe y transmiten el trafico hacia la BSC correspondiente a la zona de operación.

NSS (Network Sub-System): Sub-sistema de la Red:

• MSC (Mobile Switching Center): Interconecta la red de radio hacia la red telefónica, gestiona la movilidad, autenticación, localiizacion de red, y suministra todos los servicios por la red(vocales, suplementarios y mensajería).
• HLR (Home Location Register): Base de datos que contiene la información relativa a los suscriptores (servicios, estado del terminal, verificador de identidad, etc).
• VLR (Visitor Location Register): Base de datos que identifica información de suscriptores de otros proveedores y localizar destino local.

Sistema Moviles de Generacion 2.5 (2.5G): La gran parte de los sistemas 2G ya se han implementado. Un claro ejemplo es la tecnología GSM, el cual se amplio gracias a GPRS (General Packet Radio System) para mejorar la eficiencia de servicios de paquetes de datos. Asi como también el aumento de las tarifas asociadas a los datos.

Como este aumento no cumple con los requisitos de 3G, GPRS por ende, es frecuente denominado 2.5G.

Sistema Moviles de Generacion 2.75G (2.75G): El sistema GSM/GPRS también agrego EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution). Esto cuadruplica casi en su totalidad el rendimiento del GPRS. La tasa de datos teorica de 473,6 kbps facilita a los proveedores de servicios ofrecer de manera eficiente los servicios multimedia. Igualmente que GPRS, EDGE se le conoce como 2.75G, ya que no reúne los requisitos para ser clasificado como sistema de 3G.

Sistemas Moviles de Tercera Generacion (3G): El sistema 3G, los cuales son definidos por IMT2000 (International Mobile Telecomunications 2000), confirma que deben ser capaces de proporcionar mayore valocidades de transmisión, por ejemplo: 2Mbit/s para uso estacionario y 348 kbit/s en vehiculo en movimiento.

TD-CDMA (Time Division CDMA): Normalmente, esto se denomina UMTS TSS (Time Division Duplex) y forma parte de las especificaciones de UMTS, sin embargo, tiene soporte limitado. El sistema utiliza una combinación de la tecnología CDMA y TDMA para permitir la asignación eficiente de los recursos.

UMTS: Es un estándar europeo implementado para las redes 3G, es uno de los estándares mas conocidos y cada vez mas utilizado mundialmente. Pertenece a la familia global IMT2000 del sistema de comunicaciones móviles de tercera generación de la ITU.

UMTS es propuesto por la ETSI para 3G, lo cual lo cataloga como el sucesor de GSM.

El objetivo de UMTS es proveer un servicio general para la telefonía móvil, entregando asi la calidad igualitara a los servicios de circuitos, las redes UMTS hace uso de los elementos presentes en GSM tales como MSC (Mobile Switching Controller) y HLR (Home Location Register).

Otras prestaciones de este estándar es el mejoramiento del efecto Handover entre UMTS y GSM. Lo que facilita al suscriptor la movilidad de su aparato móvil sin perder conectividad al traspasar la conectividad entre ambos sistemas, lo que hace que sea mas flexible y adaptable.

UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network): Se le denomina a la nueva red de acceso en UMTS. Posee dos interfaces que lo conectan con la red central y con el equipo del suscriptor. La interfaz lo y la Uu respectivamente. Bajo su red, se encuentran los elementos como RNC, y los NODO B.

3GPP (Third Generation Parnership Project): Se define como una organización mundial de comunicaciones inalámbricas que cumple la función de desarrollar las especificaciones y los estándares colaborano para las arquitecturas de radiocomunicaciones, servicios y redes centrales. 3GP en un principio desarrollo el sistema global para comunicaciones móviles, o GSM, la cual es considerada la tecnología mas importante y usada a nivel global, posee una participación de cerca del 90% y cifras que abarcan 6,5 mil millones de abonados.

El propósito del desarrollo de 3GPP es preparar, aprobar y realizar el mantenimiento de las especificaciones técnicas a nivel mundial y realizar informes técnicos.

HSDPA (High Speed Downlink Pecket Access): Mejora la capacidad y eficiencia espectral.

• Adaptive Modulation: Ademas del esquema original de modulación QPSK (Quadrature Phase Shift Keying en UMTS, HSDPA también incluye soporte para 16-QAM (Quadrature Amplitude Modulation).
• Flexible Coding: Basado en una revisión rapada del UE en forma de CQI (Channel Quality Indicator), la estación base IMTS, mejor dicho el Nodo B, es capaz de modificar la tasa efectiva de  codificación y por lo tanto aumentar la eficiencia del sistema.
• Fast Scheduling: HSDPA incluye un TTI (Transmission Time Interval) de 2ms, que permite el Scheduler del Nodo B asignando de forma rápida y eficiente los recursos a los UEs.
• HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request): En el caso de un paquete que no llega a la UE (User Equipment) con éxito, el sistema utiliza HARQ. Esto mejora el tiempo de retransmisión, lo que requiere una menor dependencia de la RNC(Radio Network Controller).

Sistemas Moviles De Cuarta Generacion (4G): Los sistemas inalámbricos de cuarta generación (4G) son las tecnologías que hace pocos años se ha estado posicionando en el mercado de la telefonía celular, el cual representa un servicio con mayores capacidades en sus servicios en comparación a sus generaciones predecesoras, pero sin dejar de lado las características complementarias entre las distintas tecnologías.

Requisitos y Proyecto 4G++: Esta generación debe cumplir con los requisitos establecidos por la ITU (International Telecommunication Union) como parte de IMT Advanced (Internacional Mobile Telecommunications Advances)

Caracteristicas Avanzadas del IMT:

• Un alto grado de funcionalidad común a nivel mundial mientras que mantiene la flexibilidad para apoyar un amplio rango de servicios y aplicaciones de una manera eficiente.
• Compatibilidad de servicios dentro del IMT y con las redes fijas.
• Capacidad de interactuar con otros sistemas de acceso de radio.
• Servicios móviles de alta calidad.
• Equipo del usuario adecuado para uso a nivel mundial.
• Aplicaciones, servicios y equipamiento fácil de usar.
• Capacidad de roaming a nivel mundial
• Mejorar los mayores índices de datos para apoyar los servicios y las aplicaciones avanzadas (se identifico comoobjetivo 100Mbit/s para alta movilidad y 1Gbit/s para baja movilidad).

LTE y LTE Advanced: LTE (Long Term Evolution) también conocido como Envolved Universal Terrestial Radio Access (E-ULTRA) es una tecnología perteneciente al reléase 8 de las especificaciones de 3GPP.

El fin de LTE es proveer de una alta tasa de datos, bajas latencias y optimización de paquetes, gracias a una actualización de una red de acceso de radio con un flexible ancho de banda, facilitando a los proveedores una nueva forma de migrar sus servicios HSPA a LTE.

LTE coexiste igualmente con sistemas anteriores, como lo hace 3G hacia 2G en redes integradas. Por este motivo los dispositivos multimodo funcionan a través de las redes LTE/3G o incluso a raves de LTE/3G/3G.

LTE Advanced fue creada para satisfacer las necesidades de 4G y es nombrada a veces como 3,99G porque es parte de la familia 3GPP pero cumple lo requerido por la IMT Advanced. Lo que dir¿ferencia de LTE con LTE advanced, es que LTE no cumplia con las eficiencias espectrales que pedia IMT y además fue creada bajo el amparo del 3GPP buscando competir con WIMAX ya que ofrecia mejores velocidades, y esta es a la que se nombre 3,99G.