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は、Internet Protocol  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  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  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。

1. 歴史
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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はCDMA2000の Multimedia Domain  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  と PES  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.を参照のこと。

2. アーキテクチャ
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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 [1] Figure 4が常に更新されているのでこれを参照されたい。

2.1. アクセスネットワーク
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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  を使う。IMS端末は、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  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、モバイルアクセス、無線アクセス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  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。

2.2. コアネットワーク
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2.2.1. ホーム加入者サーバ
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「ホーム加入者サーバ; //Home Subscriber Server//」 または //User Profile Server Function//  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 Home Location Register  および Authentication Centre  に似ている。

//Subscriber Location Function//  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操作を実施するためのプロトコルであり、通常と比べて、UAR/UAA, SAR/SAA, LIR/LIA, MAR/MAA, RTR/RTA, PPA/PPR, AV-Req/AV-Req-Resに変更がある 。

2.2.1.1. ユーザーID
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通常の3GPPネットワークは以下のような識別子を使う。

International Mobile Subscriber Identity 
International Mobile Equipment Identity 
Mobile Subscriber ISDN Number 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  と IP Multimedia Public Identity  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  であり、数字列の場合も文字列の場合もある。1つのIMPIに複数のIMPUが対応することがある。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。

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, E-CSCFの為に場所情報を提供する LRFがある。

2.2.2. 呼/セッション制御 
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Session Initiation Protocol  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//  と呼び、IMSでのSIP信号パケットを処理するのに使う。

//Proxy-CSCF//  はSIPプロキシであり、IMS端末が最初に接触する。訪問先ネットワークにある場合とホームネットワークにある場合がある。Session Border Controller をこの用途に使うネットワークもある。DHCPで端末がP-CSCFを発見するか、PDP Context で割り当てる。
P-CSCFはIMS端末の登録時に割り当てられ、登録期間中は変更されない。
P-CSCFは全ての信号メッセージが通る経路上にあり、全てのメッセージを調べることができる。
P-CSCFはユーザーを認証し、IMS端末とのIPsecセキュリティを確立する。これにより偽装攻撃や反射攻撃を防ぎ、ユーザーのプライバシーを守る。他のノードはP-CSCFを信頼し、ユーザーを再び認証することはしない。
SigCompを使ってSIPメッセージの圧縮・伸長を行うことができ、それによって低速な無線リンクの遅延を小さくできる。
//Policy Decision Function//  がP-CSCFに含まれる場合がある。PDFはメディア層リソースを認可し、メディア層の Quality of Service  を実現する。PDFはポリシー制御や帯域幅管理などに使われる。PDFは独立した機能として実装されることもある。
P-CSCFは課金用記録も生成する。
//Serving-CSCF//  は信号層の中心的ノードである。S-CSCFはSIPサーバであり、セッション制御を実行する。常にホームネットワークに位置する。DIAMETERのCxおよびDxインタフェースを使い、HSSにユーザープロフィールのダウンロード/アップロードを指示する。S-CSCFにはユーザーに関するローカルなストレージは存在しない。必要な情報は全てHSSからロードする。
SIP登録を扱い、ユーザーの位置とSIPアドレスを結びつける。
全ての信号メッセージが通る経路上にあり、全てのメッセージを調べることができる。
SIPメッセージの転送先としてどのアプリケーションサーバが適切かを判断する。
ルーティングサービスも提供する。通常、ENUMルックアップを使う。
ネットワークオペレータのポリシーを実施する。
負荷分散や高可用性のために複数のS-CSCFを配備することもできる。その場合I-CSCFが要求したとき、HSSがどのS-CSCFを割り当てるかを決める。
//Interrogating-CSCF//  は管理ドメインの端に位置するSIP機能の1つ。そのIPアドレスはそのドメインの Domain Name System  によって公開されるので、リモートサーバが探し出すことができ、ドメイン間のSIPパケットの転送点として使われる。I-CSCFはHSSに対してDIAMETERのCxインタフェースでユーザー位置情報を要求し、SIP要求を割り当てられたS-CSCFにルーティングする。Release 6 までは外界から内部ネットワークを隠蔽する役目も持つことがあり、その場合は //Topology Hiding Inter-network Gateway//  と呼ばれていた。Release 7 からはその機能はI-CSCFから分離され、//Interconnection Border Control Function//  の一部となった。IBCFは外部ネットワークとのゲートウェイとして働き、NATおよびファイアウォール機能を提供する。

2.2.3. アプリケーションサーバ
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「アプリケーションサーバ; //Application server//」 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  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 がある。サービスによってはSIPプロキシモード、SIP UA  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 Mobile Application Part  インタフェースでHSSに問い合わせる。

SIP AS: ネイティブなIMSアプリケーションサーバ
//IP Multimedia Service Switching Function// : Camel Application Part  を使って Customized Applications for Mobile networks Enhanced Logic  アプリケーションサーバとインタフェースする。
//Open Service Access-Service Capability Server// : OSAフレームワークのアプリケーションサーバとインタフェースする。

2.2.4. メディアサーバ
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//Media Resource Function//  はメディア操作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//  と //Media Resource Function Processor//  に分割される。

MFRC は信号層のノードで、S-CSCFに対してはSIPユーザーエージェントとして振舞い、H.248インタフェース経由でMFRPを制御する。
MFRP はメディア層のノードで、全てのメディア関連機能を実装している。

2.2.5. ブレークアウトゲートウェイ
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//Breakout Gateway Control Function//  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  や公衆移動体網  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。

2.2.6. PSTNゲートウェイ
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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 (ISDN User Part または BICC）