IPマルチメディアサブシステム

IPマルチメディアサブシステム（、IMS）は、Internet Protocol (IP) マルチメディアサービスのためのアーキテクチャ的フレームワークである。当初、携帯電話の標準化プロジェクト3GPPがGSMの次のモバイルネットワークのビジョンの一部として設計したものである。当初 (3GPP R5) はGPRS上での「インターネットサービス」の提供方法を表すものだった。このビジョンを後にGPRS以外の無線LANやCDMA2000や有線といったネットワークをサポートするよう3GPP、3GPP2、TISPANが改訂した。Release8から3GPP2の仕様をAnnexに登録し相互に包含するようになった。
インターネットとの連携を容易にするため、IMSは可能な限りIETFのプロトコル（例えば Session Initiation Protocol (SIP)）を採用している。3GPPによれば、IMSはアプリケーションの標準化を意図したものではなく、無線または有線の端末からマルチメディアアプリケーションにアクセスする手段を与えることで Fixed Mobile Convergence (FMC) の一形態を意図している。このため水平な制御層を用意し、アクセスネットワークをサービス層から分離する。論理アーキテクチャの観点からすると、制御層が共通の水平な層として存在するため、サービス毎に独自の制御機能を持つ必要がない。しかし実装においては、それが必ずしもコストと複雑性の低減に結びついていない。
無線および有線のネットワーク間でサービスを配備してアクセスさせる類似技術として謳われているFixed Mobile Convergenceのコアのアーキテクチャであり、ソフトスイッチ、SIPを組み合わせたものである。
安価な技術の寄せ集めにより特定サービスをくみ上げることはできるが、相互接続性に問題が生じやすい。IMSは統合型サービスであるがゆえに相互接続の為のパラメータが少ないとして問題解決の一つとして評価されている。
従来の無線/有線の運用業者の制御外でコンテンツに容易にアクセスできる機構が増えており、IMSは岐路に立たされている。しかし、標準化の世界ではIMSありきで他の技術も標準化がすすめられており、IdM, IPTV等の新世代接続基盤技術として期待されている。
歴史.
IMSは1999年に設立された 3G.IP という業界団体が最初に定義した。3G.IPが定義したIMSアーキテクチャは3GPPで採用され、3G携帯電話システムの標準規格の一部となった。SIPベースのマルチメディア機能が追加された Release 5 で最初に採用された。従来のGSMおよびGPRSネットワークもサポートされている。
3GPP2（3GPPとは異なる組織）はCDMA2000の Multimedia Domain (MMD) を 3GPP IMS ベースとした。
3GPP Release 6 は無線LANとの連携を追加した。Release 7 は固定電話網との連携を追加した。これには TISPAN R1.1 の AGCF (Access Gateway Control Function) と PES (PSTN Emulation Service) が導入され、公衆交換電話網のサービスを継承できるようにしている。Release 8では Common IMSとして 3GPP2の技術等を包含するようになり、LTE技術と合わせて次世代無線網として期待されている。Release9,Release 10は 2011年に公開され、Release 11、Release 12、Release13と審議が続いている。Rel-8以降がLTE、Rel-10以降がLTE Advancedを包含している。
現在では、ETSIによりTS123.228およびTS124.229, ITU-Tにおいて Y.2001, Y.2011, TTCにおいて JT-Y2001, JT2011として採用されている。3GPP 各リリースと ITU-T の連携については、Q.1741.(リリース番号:Q.1741.7, Q.1741.6, Q.1741.5, Q.1741.4, Q.1741.3, Q.1741.2, Q.1741.1)を参照のこと。
アーキテクチャ.
この図の各部分の機能は以下に解説する。
IPマルチメディア・コアネットワーク・サブシステムは様々な機能の集合体であり、それらを標準化されたインタフェースでリンクし、全体として1つのIMS管理ネットワークを形成する。機能は必ずしも1つの装置に対応しない。2つの機能を1つのノードで実現してもよいし、1つの機能を2つ以上のノードに分散してもよい。規模拡大、負荷分散、組織的問題などのため、各ノードは1つのネットワークに複数存在してもよい。詳しい最新の情報は 3GPPTS23.228 Figure 4が常に更新されているのでこれを参照されたい。
アクセスネットワーク.
ユーザーは様々な手段でIMSネットワークに接続でき、その多くは標準の Internet Protocol (IP) を使う。IMS端末（携帯電話、携帯情報端末 (PDA)、コンピュータなど）は、直接IMSネットワークに登録でき、別のIMSネットワークや国であってもローミングによって登録できる。その場合に必要なことは、IPを使い Session Initiation Protocol (SIP) ユーザーエージェントを動作させることだけである。有線アクセス（デジタル加入者線 (DSL)、ケーブルモデム、イーサネットなど）、モバイルアクセス（W-CDMA、CDMA2000、GSM、GPRSなど）、無線アクセス（無線LAN、WiMAXなど）が全てサポートされている。POTSなどの電話システム、H.323やIMS非互換なVoIPシステムはゲートウェイ経由でサポートされている。Release 8 以降、2Gまたは3Gの交換回線網も、ICS (IMS Centralized Services) をサポートしていればIMSへのアクセスネットワークとして使える。
コアネットワーク.
ホーム加入者サーバ(HSS).
「ホーム加入者サーバ; "Home Subscriber Server"」(HSS) または "User Profile Server Function" (UPSF) は、呼を実際に扱うIMSネットワーク実体をサポートするデータベースである。そのデータベースには加入者関連情報（プロファイル）が格納されており、ユーザーの認証と認可を実施し、加入者の位置情報やIP情報を提供できる。これはGSMの (HLR) および (AUC) に似ている。
"" (SLF) は、複数のHSSを使う際にユーザーアドレスをマッピングするために使われる。HSSとSLFはDIAMETERプロトコルで通信する。DIAMETERはAAA操作（認証・認可・課金）を実施するためのプロトコルであり、通常(IETF版)と比べて、UAR/UAA, SAR/SAA, LIR/LIA, MAR/MAA, RTR/RTA, PPA/PPR, AV-Req/AV-Req-Resに変更がある(TS29.229 AnnexA.2, TS24.228 Figure6.2-1, TS29.228 AnnexA.4.1,Annex4.4.1, A.4.4.2, A.4.4.3, A4.5, A4.5a, A4.7主な対比表は TS23.228 Sec5.2.2.5,Sec5.2.2.3, 5.2.2.4 ) 。
ユーザーID.
通常の3GPPネットワークは以下のような識別子を使う。
IMSIはSIMカードに格納されている電話ごとの識別子である。プライバシー強化のため、地理的位置ごとにTMSIが生成される。IMSI/TMSIはユーザーの識別に使われ、IMEIは電話機の識別に使われる。MSISDNはユーザーの電話番号である。
IMSではさらに IP Multimedia Private Identity (IMPI) と IP Multimedia Public Identity (IMPU) も必要となる。これらは電話番号や何らかの数値ではなく Uniform Resource Identifier (URI) であり、数字列の場合（例えば "tel:+1-555-123-4567" のような Tel URI）も文字列の場合（例えば "sip:john.doe@example.com" のような SIP URI）もある。1つのIMPIに複数のIMPUが対応することがある（Tel URI と SIP URI ということが多い）。IMPUを複数の電話で共有することもでき、複数の電話が同じアイデンティティに到達できる（例えば、家族で1つの電話番号を共有する場合など）。
HSSのデータベースには、IMPU、IMPI、IMSI、MSISDN、加入者のサービスプロフィール、サービストリガー、その他の情報が格納されている。また、AVPとしては、Visited-Network-Identifier, Destination-Host, Destination-Realm, Server-Name, Server-Capabilities, Wildcarded-Public-Identity, UAR-Flags, Supported-Features, User-Data-Already-Available, SCSCF-Restoration-Info, Multiple-Registration-Infication, Session-Priority, Experimental-Result等がある。また、鍵交換で必要な、Confidentiality-Key, Integrity-Key 等が用意されている。
この他にユーザが現在どこのネットワークに居るかを管理する SLF(Subscription Locator Function), E-CSCFの為に場所情報を提供する LRFがある。
呼/セッション制御 (CSCF).
Session Initiation Protocol (SIP) サーバやプロキシのいくつかの役割をまとめて "Call Session Control Function" (CSCF) と呼び、IMSでのSIP信号パケットを処理するのに使う。
アプリケーションサーバ(AS).
「アプリケーションサーバ; "Application server"」(AS) はサービス群をホスティングし実行する。Sh, ISCインターフェースを持つ。S-CSCFとのインタフェースには Session Initiation Protocol (SIP) を使う。3GPPが開発したアプリケーションサーバの一例として Voice Call Continuity Function （VCCサーバ）がある。サービスによってはSIPプロキシモード、SIP UA (user agent) モード、SIP B2BUA () モードで運用できる。ASはホームネットワークにも外部のサードパーティのネットワークにも配置できる。ホームネットワークにある場合、DIAMETERのShインタフェースか (MAP) インタフェースでHSSに問い合わせる。
メディアサーバ.
"Media Resource Function" (MRF) はメディア操作（例えば、音声ストリームの合成）やトーンやアナウンスなどの再生といったメディア関連機能を提供する。
各MRFはさらに "Media Resource Function Controller" (MRFC) と "Media Resource Function Processor" (MRFP) に分割される。
ブレークアウトゲートウェイ(BGCF).
"Breakout Gateway Control Function" (BGCF) は、電話番号に基づくルーティング機能を持つ。IMS側から公衆交換電話網 (PTSN) や公衆移動体網 (PLMN) などの回線交換網の電話に発呼する場合のみ使われる。
外部 IMSと接続する場合は、 TrGW, IBCF経由で　Iziインターフェース、Iciインターフェース経由で接続する。
PSTNゲートウェイ.
PSTN/CSゲートウェイは、PSTN回線交換網とのインタフェース機能を有する。シグナリングに関して、回線交換網ではSS7の下位レイヤにMTP ()、上位レイヤにISUP ( または ）を使っているが、IMSでは下位レイヤにIP上位レイヤにSIP を使う。メディア（音声）伝送に関して、回線交換網はパルス符号変調 (PCM) を使っているが、IMSではRTP を使う。
メディアリソース.
メディアリソースとは、メディアプレーンにおいて運用され、IMSコア機能の制御下にあるコンポーネント。すなわち、 ' (MS) と ' (MGW) を指す。
NGN相互接続.
Next Generation Network 相互接続には以下の4種類がある。
NGN相互接続モードは直接と間接がある。直接相互接続は、2つのネットワークドメインの間に中間のネットワークドメインがない場合を指す。間接相互接続は、1つの層で見たとき、2つのネットワークドメインの間に中間のドメインが1つ以上存在し、トラフィックがそこを経由する場合を指す。
課金.
オフライン課金は、ユーザーが定期的（例えば、月末ごと）に支払いをする場合である。オンライン課金はプリペイドサービスやリアルタイムのクレジット制御によるポストペイドサービスで使われる。同一セッションで両方が適用されることもある。
IMSのセキュリティ.
GSM システムのセキュリティ.
TS 43.020で定義されたようなセキュリティアルゴリズムを "Early GSM algorithms" という。
初期のIMSシステムのセキュリティ.
TS 33.203 および TS33.102 で定義されたセキュリティは、USIM/ISIMインタフェースの欠如とIPv4が優勢な状況ではしばらく実現できないだろうと予想されていた。このような状況で重大な脅威に対する保護を提供するため、3GPPは一種のセキュリティ機構を TR33.978 で定義したものをこれを非公式に "early IMS security" と呼ぶ。
現行のIMSシステムのセキュリティ.
Release 8 以降ではSIMを利用するTS33.203およびTS33.102のタイプのものは3GPPに記載されている。SIMを使わないタイプとしてソフトフォン等利用できる共有秘密鍵タイプの通信セキュリティの確保も標準化されている。UEとP-CSCFの間のセキュリティについてと、NNI間の通信についてZa,Zcインターフェース等で暗号化が必須とされている。