Оценка времени установления соединений при предоставлении услуг IPTV c использованием платформы IMS

Оценка времени установления соединений при предоставлении услуг !РТУ с использованием платформы !МБ

Ключевые слова: IPTV, платформа IMS, время установления соединения, протокол SIP.

Одной из услуг, которые предоставляются в широкополосных мультисервисных сетях связи на базе мультимедийной платформы IMS (IP Multimedia Subsystem) в режиме реального времени, является услуга IPTV (Internet Protocol Television). Для управления сессиями в IMS используется протокол сигнализации SIP (Session Initiation Protocol). Рассмотрена архитектура сети для предоставления услуг IPTV c использованием платформы IMS, перечислены основные элементы сети, интерфейсы и протоколы. Приведена детальная диаграмма обмена сигнальными сообщениями между основными элементами сети при установлении соединения от оконечного устройства пользователя до сервера IPTV. Для оценки времени установления соединения построена диаграмма задержек на различных участках сети с учетом длин сигнальных сообщений. Приведены результаты оценки времени установления соединения и сравнение полученных результатов с рекомендациями форума DSL (Digital Subscriber Line) и МСЭ-Т.

Пшеничников А.П.,

Зав. кафедрой Сети связи и системы коммутации МТУСИ,

pshenichnikov@mluci.ru

Али Раад А.М.,

Аспирант кафедрыы Сети связи и системы коммутации МТУСИ,

i-aad_alselwi@mail.ru

Введение

В настоящее время мы являемся свидетелями и участниками второго этапа реализация концепции сетей последующих поколений (Next Generation Networks, NGN).

На первом этапе решались задачи конвергенции сетей с коммутацией каналов и сетей с коммутацией пакетов [1]. На этом этапе основной платформой для управления в сетях NGN являлся гибкий коммутатор — Softswitch. В качестве конверторов систем сигнализации использовались сигнальные шлюзы (Signalling Gateway, SG), а преобразование сигналов, реализованных по технологии коммутации каналов, в сигналы, реализованные по технологии коммутации пакетов, выполнялось с помощью шлюзов доступа (Access Gateway, AGW) и транспортных шлюзов (Media Gateway, MG).

На втором этапе реализации концепции NGN решаются задачи конвергенции фиксированных (стационарных) сетей и сетей сотовой подвижной связи (мобильных). В качестве базовой архитектуры для конвергенции этих сетей рабочими группами 3GPP (3rd Generation Partnership Project) [2] и TISPAN (Telecommunications and Internet converged Services and Protocols for Advanced Networking) [3] рекомендована мультимедийная подсистема на базе протокола IP (IP Multimedia Subsystem, IMS).

Платформа IMS предназначена для управления сессиями при предоставлении любых мультимедийных услуг пользователям стационарных и мобильных сетей при использовании технологии IP/MPLS. Оценка времени установления голосовых соединений VoIP с помощью платформы IMS выполнена в [4]. Детально рассмотрены процедуры установления видео соединений IPTV (Internet Protocol Television) с помощью платформы IMS и проведена оценка длительности установления соединений.

Архитектура сети для предоставления услуг IPTV с использованием платформы IMS. Сеть IPTV состоит из следующих основных элементов [5] (рис. 1):

Diameter --------SIP

.........RTSP

— • — HTTPs ---------RTP

Xd = RTP Xp, Xc * RTSP Xa = HTTPs y2 =SIP Gm =S1P •Sc = SIP Sh = Diameter Cx = Diameter Mw = SIP

TV

STB

Домашная с*

Рис. 1. Архитектура сети IPTV с использованием платформы IMS

— домашняя сеть, которая включает оконечное устройство (телевизионный приемник или компьютер), приставку STB (Set-Top-Box) и модем;

— сеть доступа, включающая канал доступа и мультиплексор доступа цифровой абонентской линии DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer);

— сеть агрегации трафика, которая содержит коммутаторы;

— транспортная IP/MPLS-сеть;

— серверы приложений и медиа-серверы.

В составе платформы IMS показаны следующие функциональные блоки:

— HSS (Home Subscriber Server) — сервер домашних абонентов является базой пользовательских данных и обеспечивает доступ к индивидуальным данным пользователя, связанным с услугами;

— CSCF (Call Session Control Function) — элемент с функциями управления сеансами и маршрутизацией, состоит из следующих трех функциональных блоков:

• P-CSCF — (P-Proxy-посредник) для взаимодействия с абонент-

скими терминалами. Основные задачи — аутентификация абонента, формирование учетной записи, управление качеством обслуживания, взаимодействие с другим оборудованием;

• S-CSCF — (Б-Бемпд-обслуживание) центральный узел платформы !МБ, обрабатывает все Б!Р-сообщения, которыми обмениваются оконечные устройства, управляет сессиями пользователя, включая регистрацию терминалов, получает данные о профиле пользователя, управляет сетевыми ресурсами, взаимодействует с системой учета данных для начисления платы и с другим оборудованием;

• I-CSCF — (МПеггодайпд-запрос) посредник для взаимодействия с внешними сетями. Основные задачи — определение привилегий внешнего абонента по доступу к услугам, выбор соответствующего сервера приложений и обеспечение доступа к нему, транзитная маршрутизация. Позволяет скрыть топологию сети оператора от других сетей.

Для подсистемы !МБ определена только функциональная архитектура, а физическая реализация данных функций зависит от решения конкретного производителя.

Интерфейсы платформы !МБ приведены в табл. 1, где показаны тип интерфейса, узлы распределенной системы !МБ, с которой связан данный интерфейс, его функции и протокол сигнализации, который используется в интерфейсе.

Интерфейсы платформы IMS

Таблица 1

Интерфейс Узел Назначение Протокол

Gm STB, P-CSCF Интерфейс между 5ТВ и С5СР SIP

Mw P-CSCF, I-CSCF, S-CSCF Интерфейс между разными блоками СБСР SIP

ISc S-CSCF. I-CSCF. AS Интерфейс обмена между С 5СР и А5 SIP

Сх I-CSCF, S-CSCF, HSS Интерфейс обмена между 1-С5СТ, 5-С5СР и Н88 Diameter

Sh IPTV AS, HSS Интерфейс обмена между ШТЛ' А5 и 1155 Diameter

Ut STB, IPTV AS Интерфейс управления со стороны пользователя (персонификация управления) HTTP

Процесс установления соединения. На рис. 2 приведена диаграмма обмена сигнальными сообщениями между основными элементами сети IPTV при установлении соединения с помощью платформы IMS от STB к IPTV медиа-серверу.

Для оценки времени установления соединения в подсистеме IMS AIMS составлена детальная диаграмма задержек при установлении соединения от STB до сервера, фрагмент которой приведен на рис. 3.

Средняя длительность обработки сигнальных сообщений в сервере или в функциональном блоке IMS принята постоянной и равной 20 мс. Длительность передачи сигнальных сообщений в сети IP/MPLS рассчитывалась по формуле

Щ = W

где S— длина i-го сигнального сообщения в битах; Vp — скорость передачи в сети принята равной 4 Мбит/с.

Данные о длинах сигнальных сообщений приведены в табл. 2.

Таблиц 2

Длины сигнальных сообщений

Сообщение SIP Длина

INVITE 976 ACK 676 UAR 618

100 Trying 496 BYE 556 SAR 728

183Session Progress 956 REGISTER 856 SAA 798

PRACK 496 401 Unauthorized 726 LIR 458

200 OK 1036 SUBSCRIBE 946 LIA 728

UPDATE 496 NOTIFY 596 MAA 798

180 Ringing 496 486 Busy 496 MAR 728

Рис. 2. Диаграмма сигнальной процедуры установления соединения от абонента !РТУ (БТВ) к серверу

Рис. 3. Фрагмент диаграммы задержек при установлении соединения

100

T-Comm, #7-2013

Время установления соединения с использованием подсистемы !МБ можно представить как:

А М = А 1МЭ+ А /Ш** Аус,

где A MS, A MISq6 — соответственно длительность передачи сигнальных сообщений в прямом (от STB) и в обратном направлениях в сети IP/MPLS; Aус — длительность обработки сигнальных сообщений в серверах и функциональных блоках IMS, включая длительность передачи сигналов между блоками.

A Мпр. = 5Aipinvte +4Aipprack + 4AIPUPDATE + AIPLIR = °,°18 с.

A IMSg6. = 5AIP100 Tying + 5AIP183Session Progress + 8AIP200 OK + + 4AIP100Ringing + AIPLIA = °,036 с

Aус = 5ASTB + 8AP-CSCF + 8AS-CSCF + 4AI-CSCF +AHSS + 8AIfTV AS +

+ 5Amcf = 0,780 с.

Отсюда время установления соединения с использованием подсистемы IMS A IMS = 0,834 с.

Выводы

В соответствии с рекомендациями МСЭ-Т по качеству восприятия QoE (Quality of Experience) [6] и DSL — форума [7] допустимое время переключение канала для стандарта MPEG 2 не должно превышать 1 сек. Как показали расчёты, при установлении соединения через IMS-платформу время соединения не превышает одной секунды1.

Литература

1. Нестеренко И.В., Носов А.И. Основные этапы реализации концепции сетей последующего поколения — NGN // T-Comm — Телекоммуникации и транспорт, № 7, 2011. — C. 117-120.

2. Официальный сайт 3rd Generation Partnership Project (3GPP) www.3gpp.org.

3. Официальный сайт ETSI TISPAN www.etsi.org/tispan.

4. Самуилов К.Е., Сопин Э.С., Чукарин А.В. Оценка характеристик сигнального трафика в сетях связи на базе подсистемы IMS // T-Comm — Телекоммуникации и транспорт, № 7, 2010. — C. 8-13.

5. IPTV Services over IMS: Architecture and Standardization. E. Mikoczy, D. Sivchenko, B. Xu, J.I. Moreno. IEEE Communications Magaa'ne, May, 2008, p.128-135.

6. Recommendation ITU-T G1080. Quality of experience requirements for IPTV services, 2008. — 44 p.

7. DSL Forum, "Triple-play Services Quality of Experience (QoE) Requirements," DSL Forum, Tech. Rep., Dec. 2006, DSL Forum, Tech. Rep. TR-126.

Estimation time connection establishment when provision of IPTV service with using IMS platform

Pshenichnikov A.P., Head of communication networks and switching systems department ofMTUCI, pshenichnikov@mtuci.ru Ali Raad A.M., PhD student of communication networks and switching systems department ofMTUCI, raad_alselwi@mail.ru

Abstract

One of the services, that are provided in broadband multiservice communication networks on the basis of the multimedia platform IMS (IP Multimedia Subsystem) in real time is the service IPTV (Internet Protocol Television). For session management in the IMS is used signaling protocol SIP (Session Initiation Protocol). The paper considers network architecture for providing IPTV services with using IMS platform, are the basic elements of the network, interfaces and protocols. The detailed diagram of the exchange of signaling messages between the main elements of the network when a connection from the terminal user to the server IPTV is given. To assess connection establishment time the diagram delays at various parts of the network is constructed, taking into account the length of signals messages. The results of estimating the time connection establishment are given and comparison the results with recommendations DSL forum (Digital Subscriber Line) and ITU-T.

Keywords IPTV, IMS platform, connection establishment time, SIP protocol.