Curso de Engenharia de Computação CONTROLADOR DE SESSÕES SIP PARA REDES DE TERCEIRA GERAÇÃO USANDO ASTERISK Márcio Aikawa Furuzawa Campinas São Paulo Brasil Dezembro de 2008
Curso de Engenharia de Computação CONTROLADOR DE SESSÕES SIP PARA REDES DE TERCEIRA GERAÇÃO USANDO ASTERISK Márcio Aikawa Furuzawa Monografia apresentada à disciplina de Trabalho de Conclusão do Curso de Engenharia de Computação da Universidade São Francisco, sob a orientação do Prof. Carlos Eduardo Pagani, como exigência parcial para conclusão do curso de graduação. Orientador: Prof. Carlos Eduardo Pagani Campinas São Paulo Brasil Dezembro de 2008
AIKAWA, Márcio Furuzawa. Controladores de Sessões SIP para Redes de Terceira Geração usando Asterisk. Monografia defendida e aprovada em 12 de Dezembro de 2008 pela Banca Examinadora assim constituída pelos professores: Prof. Carlos Eduardo Pagani (Orientador) USF Universidade São Francisco Campinas SP. Prof. Carlos Eduardo Câmara USF Universidade São Francisco Campinas SP. Prof. Sidney Pio de Campos USF Universidade São Francisco Campinas SP.
à meus amados pais, Lucília e Fernando, pelos sacrifícios que fizeram em prol da minha educação e formação.
Agradecimentos Agradeço a minha família, que me apoiou e me deu condições e incentivou para concluir mais esta etapa da vida. Ao meu orientador, Prof. Carlos Eduardo Pagani, que acreditou e me orientou com profissionalismo para realizar este trabalho. Finalizo agradecendo a todos que, de alguma forma direta ou indireta me ajudaram a concluir mais essa etapa da vida. v
Sumário Lista de Siglas... viii Lista de Siglas... viii Lista de Figura...x Resumo...x Abstract...xi 1 Introdução... 1 1.1 Definição do problema a ser tratado... 2 1.2 Estrutura do Texto... 3 2 PROTOCOLO... 3 2.1 Entidades de rede SIP... 4 2.2 Estabelecimento de chamada SIP... 5 2.3 Vantagens SIP sobre outros protocolos de sinalização... 5 2.4 Sintaxe mensagem SIP... 6 2.5 Pedido SIP... 7 2.6 Respostas SIP... 7 2.7 Endereçamento SIP... 8 2.8 Seqüência da Mensagem SIP... 8 3 Arquitetura IMS... 10 3.1 QoS para serviços multimídia... 11 3.2 Política IP Uso correto dos recursos... 12 3.3 Componentes da Arquitetura IMS... 12 3.4 O HSS e o SLF... 13 3.5 O CSCF... 14 3.5.1 O P-CSCF... 14 3.5.2 O I-CSCF... 14 3.5.3 O S-CSCF... 15 3.6 O AS... 16 3.7 O MRF... 16 3.8 O BGCF... 16 3.9 O PSTN/CS Gateway... 16 3.10 SGW... 17 3.11 MGCF... 17 3.12 MGW... 17 3.13 Registro/Autenticação... 17 3.14 Acesso Seguro IPsec ASs... 19 3.15 Estabelecimento de uma sessão... 21 3.16 Serviços... 22 3.17 Estudo... 23 4 ASTERISK... 24 4.1 Requisitos... 24 4.2 Configuração SIP... 24 4.2.1 SIP.CONF... 25 4.3 Configuração do Plano de discagem... 26 vi
4.3.1 Contexto... 26 4.3.2 Extensões... 26 4.3.3 Prioridades... 27 4.3.4 Aplicação... 27 4.4 O Gateway de Interface do Asterisk (AGI)... 28 4.4.1 Fundamentos da Comunicação AGI... 28 4.4.2 O modelo de comunicação AGI... 28 4.4.3 Chamando um script AGI do Plano de discagem... 29 4.5 Estudo... 29 5 TESTE / ANÁLISE... 30 5.1 Ambiente de Teste com Asterisk... 30 5.1.1 Configuração de Serviço... 31 5.1.2 Resultados... 32 5.2 Ambiente de Teste com SDS... 37 5.3 Análise... 43 5.3.1 Semelhanças... 43 5.3.1.1 Registro... 44 5.3.1.2 Início de Sessão... 44 5.3.1.3 Encerramento de Sessão... 44 5.3.2 Diferenças... 44 5.3.2.1 Registro... 44 5.3.2.2 Serviços... 44 5.4 Proposta de Mudanças... 45 6 Conclusão... 46 6.1 Contribuições... 47 6.2 Trabalhos futuros... 47 Anexo A Sip.conf... 48 Anexo B - Extensions.conf... 49 Anexo C Script PHP ativa_servico.agi... 50 Anexo D Script PHP valida_servico.agi... 51 Anexo E Teste de Resultado do Wireshark...52 Anexo F Log do Wireshark...54 Referências Bibliográficas... 73 vii
Lista de Siglas 3GPP ADSL AGI AKA ANSI AS AV B2BUA BGCF CK CSCF ETSI GSM GPRS HSS I-CSCF IETF IK IMS IP IPsec SAs ITU MGCF MGW MRF MRFC MRFP OMA PDA P-CSCF PSTN RTP S-CSCF SDS SGW SIP SLF 3rd Generation Partnership Project Asynchronous Digital Subscriber Line Asterisk Gateway interface Authentication and Key Agreement American National Standards Institute Applications Servers Authentication Vector Back-to-Back User Agent Breakout Gateway Control Functions Ciphering Key Call/Session Control Functions European Telecommunications Standards Institute Global System for Mobile Communications General Packet Radio Service Home Subscriber Servers Interrogating- Call/Session Control Functions Internet Engineering Task Force Integrity Key IP Multimedia Subsystem Internet Protocol Internet Protocol security Security Associations International Telecommunication Union Media Gateway Controller Function Media Gateway Media Resource Functions Media Resource Function Controllers Media Resource Function Processors Open Mobile Alliance Personal Digitals Assistants Proxy- Call/Session Control Functions Public Switched Telephone Network Real Time Protocol Serving- Call/Session Control Functions Service Development Studio Signaling Gateway Session Initiation Protocol Subscriber Locations Functions viii
THIG UE URI VoIP WLAN Topology Hiding Inter-network Gateway User Equipment Uniform Resource Identifier Voice over IP Wireless Local Area Network ix
Lista de Figura Figura 1: Controle sessão SIP - Modelo de teste...2 Figura 2.1: Separação lógica da sessão de mídia e o sinal SIP...4 Figura 2.2: Exemplo de um fluxo de chamada[3]...5 Figura 2.3: seqüência de pedido SIP(estabelecimento e encerramento de uma chamada) [3]...9 Figura 3.1: uma visão da arquitetura IMS [6]...12 Figura 3.2: um exemplo do BGCF e um gateway PSTN que faz interface com a rede PSTN [6]...17 Figura 3.3: Fluxo de Autenticação e Registro no IMS...18 Figura 3.4: Estabelecimento de AS durante um registro inicial...20 Figura 3.5: Estabelecimento de sessão na Arquitetura IMS...21 Figura 3.6: Exemplo de solicitação e execução de serviço...23 Figura 5.1: Comunicação entre dois usuários usando Asterisk...31 Figura 5.2: Fluxo da execução de script AGI...32 Figura 5.3 : Pacotes UDP capturados no registro dos usuários e no início de uma sessão SIP...33 Figura 5.4: pacotes capturados após uma sessão SIP ter iniciado...34 Figura 5.5: fluxo de uma sessão entre dois usuários... 35 Figura 5.6: Tela inicial de instalação SDS...37 Figura 5.7: Caminho para iniciar o Provisioning...38 Figura 5.8: Tela configuração de DNS.....38 Figura 5.9: Tela de criação do Profile do usuário...39 Figura 5.10: Tela de cadastro de serviços...39 Figura 5.11: Comunicação entre dois usuários usando arquitetura IMS...40 Figura 5.12: Caminho para iniciar o Start Test Agent...40 Figura 5.13: Construção de um pedido REGISTER no SDS...41 Figura 5.14: Envio do pedido REGISTER e retorno de resposta 200 OK...41 Figura 5.15: fluxo de pedidos e respostas SIP usando IMS...42 Figura 5.16: Fluxograma simples do processo com o Script Java...45 x
Resumo O objetivo desta monografia é testar e analisar o comportamento do software Asterisk para verificar e propor alterações para que esta possa executar as funções que um controlador de sessões para redes de 3G. A rede 3G possibilita o usuário a acessar todos os serviços que a Internet oferece, via celular. O elemento chave de algumas redes 3G é a arquitetura IMS (IP Multimedia Subsystem). O protocolo SIP é usado na arquitetura IMS para o controle de sessões multimídia. Para o estudo e análise é mostrado a arquitetura IMS e seus principais componentes, o funcionamento do protocolo SIP, o software Asterisk e a análise dos resultados obtidos nos testes. PALAVRAS-CHAVE: IMS, SIP e Asterisk. Abstract The objective of this monograph is to test and to analyze if it is possible to control SIP sessions in Third Generation (3G) networks using the Asterisk software. The 3G network makes possible the user access all services that the internet provides, by cellphone. The key element of the 3G network is an IMS (IP Multimedia Subsystem) architecture. The SIP protocol is used in the architecture IMS to control multimedia session. For the study and analysis, it is showed the IMS architecture and their main components, the SIP functioning, the Asterisk software and the results gotten in the test. KEY WORDS: IMS, SIP and Asterisk. xi
1 INTRODUÇÃO Hoje, a maioria das redes de comunicação operam no modo comutado por circuito. Há tempo vem se estudando a evolução e a migração destas redes para comutação de pacotes com suporte a tráfego multimídia. Estas são freqüentemente chamadas de NGN (New Generation Network ou Redes Convergentes), ou referidas como suporte à aplicação VoIP (Voice over IP). Entretanto é necessário atentar a alguns requisitos, como: suporte a serviços sofisticados de multimídia, conexão orientada a sessão, rede orientada a pacote com convergência de voz e dados, mobilidade sem restrições, convergência fixo/móvel de serviço e operação da rede, interface aberta para todos os elementos, base de dados para simplificar operação, e suporte aos assinantes e serviços legados. [1] A convergência permite aplicações do tipo telefonia via IP acessar a web através de telefones móveis. O canal nestas redes podem oferecer uma gama de serviços diferenciados e unificados em tempo real, combinar voz, dados e vídeos,independentes do dispositivo utilizado. A arquitetura IMS (IP Multimedia SubSystem) é a resposta para estes requisitos. Esta arquitetura da rede é desenvolvida pelo 3GPP/3GPP2, e padronizado pelos órgãos (ITU / ANSI / ETSI /OMA / IETF). [1] O maior benefício da arquitetura IMS é a disponibilidade de serviços sofisticados para os assinantes. As redes atuais já disponibilizam serviços de valor agregado para os assinantes, com algumas limitações: baixa interação entre plataformas de serviços, e baixa eficiência na administração de bases de dados. [1] A arquitetura IMS fornece uma forma eficiente de implementar novos serviços sofisticados. Por exemplo, o HSS (Home Subscriber System) onde são armazenados dados dos clientes, pode ser acessado através de protocolos abertos pelas plataformas de serviços. Um outro exemplo são serviços que podem ser executados simultaneamente numa mesma sessão. A arquitetura IMS possui o mecanismo de autenticação dos usuários no IMS para a reserva de recurso, e também possui mais mecanismos de controle de QoS, aumentando a segurança. A arquitetura IMS foi desenvolvida para aplicações em redes móveis 3G, mas ultimamente as redes fixas vêm mostrando um grande interesse nesta arquitetura. 1
Esta é vista como o caminho adequado para implementação de redes de nova geração. O software Asterisk [2] de código aberto (Softwares disponibilizados gratuitamente com o seu código fonte, permitindo alterações de acordo com a necessidade do usuário) inicialmente concebido como um software PBX (Private Branch exchange) sobre IP, ao longo de suas melhorias e desenvolvimento foi se tornando uma poderosa máquina servidora SIP, por permitir integrar qualquer hardware ou software de telefonia a outras aplicações com extrema facilidade. A idéia desse estudo é testar e analisar a possibilidade do software Asterisk atuar como um controlador de sessão SIP da arquitetura IMS. Com a análise final propor alterações no comportamento do Asterisk, como mostra a Figura 1. Figura 1: Controle sessão SIP - Modelo de teste 1.1 Definição do problema a ser tratado O principal objetivo desta monografia é sugerir o software Asterisk como um controlador de sessão na arquitetura IMS, conforme a Figura 1, onde o comportamento do Asterisk precisa ser igual ao do componente S-CSCF (Serving- Call/Session Control Function) da arquitetura IMS. Para isso, é apresentado o protocolo SIP usado no envio de pedidos e respostas, a arquitetura IMS e seus principais componentes, o software Asterisk e por final o resultado da comparação de sessões SIP na arquitetura IMS com as sessões no Asterisk. 2
1.2 Estrutura do Texto No Capítulo 2 é apresentado o protocolo SIP, no Capítulo 3 é apresentada a arquitetura IMS, no Capítulo 4 é apresentado o software Asterisk, no Capítulo 5 são apresentados os ambientes de testes, testes e análises e no Capítulo 6: são apresentadas as Conclusões e proposta para trabalhos futuros. 2 PROTOCOLO Esta sessão tem como referência o livro do autor COLLINS, Daniel [Carrier Grade Voice Over IP 2a. edição] [3]. O SIP é considerado como uma solução simples, flexível, fácil de se implementar, pode suportar dispositivos inteligentes, e é adequado para implementações futuras, produtos e serviços podem ser desenvolvidos e disponibilizados rapidamente. O SIP é considerado uma alternativa ao protocolo H.323, hoje utilizado em telefonia VoIP. O protocolo H.323 que foi criado pelo ITU-T (International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector) e disponibilizado em 1996 é um protocolo de sinalização usado para o estabelecimento, controle e término de chamadas em redes comutadas por pacotes. Além disso, é usado para estabelecer padrões de codificação e decodificação em fluxo de dados de áudio e vídeo em tempo real, garantindo a interoperabilidade. O H.323 é um protocolo mais antigo e complexo, se comparado com o protocolo SIP. [2] O protocolo SIP foi proposto pela IETF (Internet Engineering Task Force), com a função de gerenciar, configurar, iniciar e encerrar sessões multimídia. Este protocolo foi projetado para trabalhar juntamente com outras aplicações já existentes, e também para operar em conjunto com outros protocolos IETF para descrever as características de sessões dos participantes. O protocolo SIP pode também operar com protocolos de transporte de mídia, por exemplo, o RTP (Real-Time Transport Protocol). Assim, numa sessão SIP, deve ser considerado que a sinalização SIP trafega separadamente da sessão mídia. Esta separação lógica mostrada na Figura 2.1 é importante porque o sinal pode chegar ao destino passando por um ou mais proxies enquanto que o fluxo de mídia pode pegar um caminho mais direto. [3] 3
Figura 2.1: Separação lógica da sessão de mídia e o sinal SIP 2.1 Entidades de rede SIP SIP é um protocolo cliente-servidor, chamadas VoIP usando SIP são gerados pelo cliente e terminado em um servidor. Exemplo: um aplicativo cliente emite pedido SIP, e um servidor emite uma resposta a esse pedido. Existem quatro tipos de servidor: servidor proxy, servidor de redirecionamento, servidor de agente de usuário e o servidor de registro. A funcionalidade do servidor proxy é igual à de um servidor proxy usado para web em redes locais (LAN), primeiro o cliente envia o pedido para o proxy, este encaminha o pedido para outros servidores através de mensagens. Um servidor de redirecionamento que suporta pedido SIP possui o mecanismo de mapear o endereço de destino com os outros endereços da rede. Depois de efetuado o mapeamento, um endereço é retornado ao destinatário. Com isso o destinatário pode enviar pedido nesse novo endereço. Um servidor de agente de usuário aceita pedidos SIP. O dispositivo SIP pode funcionar como cliente usuário-agente ou servidor usuário-agente. Agindo como cliente usuário-agente, este pode fazer um pedido SIP. Agindo como servidor usuário-agente, este pode receber e responder pedidos SIP. Na prática isto significa que o dispositivo SIP pode iniciar ou receber chamadas, e também pode ser usado para comunicação peer-to-peer. SIP tem o conceito de registro de usuário, com isso SIP suporta mobilidade pessoal. Por exemplo, um usuário que possui um computador com um dispositivo SIP instalado, ao conectar o computador na rede, este emite um pedido SIP REGISTER para um registrador. Com isso chamadas poderão ser roteadas para o computador registrado na rede. Quando é feita a troca de ambiente do computador é necessário que um novo registro de dispositivo seja efetuado. 4
2.2 Estabelecimento de chamada SIP O estabelecimento de chamada SIP mostrado na Figura 2.2, se inicia com a mensagem SIP INVITE, a qual é enviada do emissor até o destinatário. Esta mensagem convida o destinatário a participar de uma sessão. Depois da mensagem SIP INVITE ter iniciado uma chamada, várias respostas intercalares podem ser feitas antes do destinatário aceitar a chamada. Por exemplo, o emissor precisa manter-se informado do status da chamada, se a chamada se encontra na fila ou se o destinatário ainda não atendeu a chamada. Subseqüentemente, o destinatário responde a chamada, que gera uma resposta OK para o emissor. O emissor então, envia uma mensagem de ACK de reconhecimento para o destinatário. Após isso a mídia é trocada, a troca mais comum é para uma mídia de discurso, mas também pode ser trocado por um de vídeo. No final do discurso, ambos, o emissor ou o destinatário podem enviar uma mensagem de BYE, a parte que receber o BYE emite uma outra mensagem de OK, neste momento, a chamada é finalizada. Figura 2.2: Exemplo de um fluxo de chamada[3] 2.3 Vantagens SIP sobre outros protocolos de sinalização O estabelecimento e a liberação de chamadas são pontos fortes do protocolo SIP. Qualquer protocolo de sinalização de chamada possui um meio onde é feita a aceitação e a liberação de uma chamada. O fato de poder existir trocas de meio de comunicação ou a troca do tipo de transporte durante uma sessão SIP, deixa claro que o SIP provê mais flexibilidade do que as telefonias tradicionais. [3] Mensagens SIP podem conter campos específicos de usuários, que possibilitam ao usuário executar decisões inteligentes no tratamento de mensagens e possibilitam também a implementação de futuros serviços inteligentes. Por exemplo, 5
suponha que uma chamada é direcionada para uma pessoa que não está presente. O SIP RESPONSE irá indicar que o usuário está indisponível. Neste caso o terminal poderá fazer duas coisas. Primeiro: o terminal pode responder que o destinatário estará disponível somente às 16h. Segundo: após 16h o terminal perguntará se o remetente deseja efetuar a chamada novamente, dependendo da resposta, a chamada é efetuada automaticamente.[3] 2.4 Sintaxe mensagem SIP SIP é um protocolo de sinalização que tem a sintaxe baseada em texto, usa um conjunto de caractere International for Standardization Organization (ISO 10646) e tem uma similaridade com o Hypertext Transfer Protocol (HTTP). A vantagem dessa similaridade é que programas projetados para usar o HTTP pode ser adaptado facilmente para ser usado com SIP. A desvantagem é a largura de banda consumida. [3] As respostas do servidor para o cliente e o pedido do cliente para o servidor que usam as mensagens SIP, possuem um cabeçalho e o corpo da mensagem. No cabeçalho da mensagem há informações do usuário como: criador da mensagem, receptor da mensagem, informações do meio a ser carregado, tipo de pedido ou sucesso/falha e as informações adicionais. [3] No corpo da mensagem geralmente é descrito o tipo de sessão a ser estabelecida e uma descrição da mídia a ser trocada. SIP não define uma estrutura para o corpo da mensagem. A estrutura é obtida usando os protocolos disponíveis. A estrutura mais comum para o corpo da mensagem é o Session Description Protocol (SDP). De fato o corpo da mensagem pode conter diversas partes, cada uma codificada para diferentes estruturas. [3] Em algumas situações, esta capacidade pode ser usada para carregar uma mensagem ISDN User Part (ISUP) no formato binário, habilitando o SIP a carregar mensagens ISUP. SIP faz apenas o envio do corpo da mensagem de uma ponta a outra. No caso de haver a necessidade de examinar o corpo da mensagem, apenas as duas pontas estão habilitadas a executar esse papel. [3] 6
2.5 Pedido SIP Existem seis métodos diferentes de pedido definido pela RFC 3261: Invite (definido pela RFC 4235), Ack, Options, Bye, Cancel, e Register (definido pela RFC 3608). SIP define outros três métodos de pedido, como Info (definido pela RFC 2976), Refer (definido pela RFC 3515) e Update (definido pela RFC 3311). O método Invite é usado para iniciar uma sessão de chamada entre duas partes ou iniciar uma conference call. A mensagem criada por esse método, contém informações do remetente, do destinatário e o tipo de mídia a ser trocada. [3] O método ACK é usado para confirmar o recebimento de uma mensagem. [3] O método Bye pode ser usado para encerrar uma sessão. [3] O método Options pode ser usado para determinar se o usuário suporta um tipo de mídia específico. Em outras palavras, esse método pode ser usado para descobrir a capacidade do usuário. [3] O método Cancel pode ser usado para cancelar um pedido que se encontra pendente. Por exemplo, um Invite a espera de um ACK. [3] O método Register é usado para o registro de usuários em servidores SIP, facilitando a sua localização. [3] Um cliente pode ter seu registro em vários servidores e um usuário pode possuir múltiplos registros em um único servidor. Um usuário que possui múltiplos registros para um único número, pode receber uma chamada através de todos os destinos cadastrados. [3] O método SIP Info significa a transferência de informação no meio de uma chamada. Essa informação pode ser usada pelo usuário cliente, usuário servidor e pelo proxy. [3] 2.6 Respostas SIP O início de uma resposta SIP contém uma linha de status representado por 3 dígitos, esta linha indica o resultado da resposta de um pedido. Nesta linha também contêm um texto de resposta que é interpretado e lido pelo software cliente. O intervalo de numeração definido para representar o status no SIP é de 100 a 699, onde o primeiro dígito representa a classe de resposta. - 1XX provisório (por exemplo, o status 181 indica que uma chamada está sendo enviada) 7
- 2XX Sucesso (indica que um pedido foi aceito e executado) - 3XX redirecionamento (um exemplo, é quando uma parte chamada não se encontra no endereço especificado no pedido e este endereço precisa ser editado para um novo endereço incluído na resposta) - 4XX Falha (pode indicar que um pedido não foi aceito por causa da autorização, endereço não encontrado, a necessidade da autorização, entre outros) - 5XX Falha no servidor (pode indicar que a versão do SIP não é suportada, mensagem muito grande, problema interno no servidor, tempo excedido, entre outros) - 6XX Problema global (pode indicar que um usuário não existe, todos os lugares estão ocupados, e queda de uma rede) 2.7 Endereçamento SIP No SIP o endereço de pedido e resposta são conhecidos como SIP Uniform Resource Indicators (URIs). Esses endereços são similares com endereços de e- mail, tem a forma de sip:user@host. Para que a rede SIP opere com a rede tradicional de telefonia (comutada por circuito), o SIP habilita a possibilidade de um número telefônico ser um endereço SIP. Assim, o endereço SIP pode ficar sip: 33333333@dominio.net. O endereço SIP pode ser usado para criar um canal de comunicação a ser roteado entre um gateway e a telefonia fixa. [3] 2.8 Seqüência da Mensagem SIP Primeiro é feito o registro de um cliente, pelo envio do pedido REGISTER, este registro é necessário para informar o servidor, do endereço a ser usado numa sessão SIP. No pedido REGISTER contêm campos importantes, como: o endereço propriamente dito, o protocolo de transporte a ser usado, e o tempo que o registro deve ficar ativo. [3] Segundo, o pedido INVITE é usado para iniciar uma sessão. Neste pedido é incluso o endereço origem, o endereço destino, o tipo de mídia a ser usada. [3] Após o envio do pedido INVITE, o chamador recebe uma resposta que o usuário está sendo chamado. [3] 8
Subseqüentemente, o remetente pode receber uma outra mensagem de OK do usuário, subseqüentemente, o remetente emite um ACK para confirmar o recebimento da resposta. [3] E por final, ocorrer o encerramento de uma sessão, com a emissão de um pedido BYE por um dos usuários. [3] Um exemplo de seqüência de mensagem é mostrado na figura 2.3. Figura 2.3: seqüência de pedido SIP(estabelecimento e encerramento de uma chamada) [3] 9
3 ARQUITETURA IMS Esta sessão tem como referência o livro dos autores Miika Poikselkä, Georg Mayer, Hisham Khartabil e Aki Niemi [The IMS IP Multimedia Concepts and Services 2 a. edição] [5] e também o livro dos autores Gonzalo Camarillo e Miguel A. García - Martín [The 3G IP Multimedia Subsystem (IMS) 2 a. edição] [6]. Aqui encontra-se uma introdução a arquitetura IMS, os principais componentes da Arquitetura IMS, e os casos (registro de usuário, chamadas e serviços) que serão usados no estudo. No mundo móvel, o sistema de primeira geração (1G) foi introduzido em meados da década de 1980. Esta rede oferecia serviços básicos para os usuários. Em 1990, o sistema de segunda geração (2G) trouxe alguns serviços de dados e serviços mais sofisticados para o usuário. A rede de terceira geração (3G) permite altas taxas de transferência de dados e diversos serviços multimídia. [5] O tradicional Public Switched Telephone Network (PSTN) e a rede Integrated Services Digital Network (ISDN) dominaram a comunicação tradicional de voz e vídeo. Nos últimos anos, o acesso a conexão rápida e barata a Internet aumentou gradativamente, possibilitando a comunicação e jogos em tempo real. Esse acesso é disponibilizado pela tecnologia ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), o qual permite transferência digital de dados e comunicação em alta velocidade via linha telefônica. Com o crescimento do número de dispositivos móveis, a convergência rápida de fixo e o mundo móvel estão acompanhando esse crescimento. Estes dispositivos móveis incluem câmera com alta resolução e qualidade, e diversos aplicativos de entretenimento. Numa comunicação entre aplicativos desses dispositivos baseados em IP (Internet Protocol) é necessário que o mesmo tenha o mecanismo que encontre o correspondente. Atualmente, a rede de telefonia fornece esta tarefa de estabelecer conexões em redes IP, porém, essa conectividade IP é oferecida apenas em ambientes isolados. Há a necessidade de um sistema global, a solução para isso é o IP Multimedia Subsystem (IMS). O IMS permite aplicações IP a estabelecer conexões par-a-par, facilmente e segura. [5] 10
A rede 3G funde os dois paradigmas mais bem sucedidos na comunicação: a rede de celular e a Internet. Para isso, foi desenvolvida a arquitetura IMS, que provê acesso a todos os serviços de internet numa taxa de transferência rápida. [5] As redes de comunicações existentes oferecem serviços de voz, vídeo e serviços de mensagem usando circuito comutado. O IMS torna a comunicação mais elevada, oferecendo um meio de comunicação mais enriquecida. Um usuário IMS é capaz de misturar e unir uma variedade de serviços IP, da maneira que desejar durante uma simples sessão de comunicação. Usuários podem integrar voz, vídeo e texto, compartilhar dados e podem adicionar ou excluir serviços. Por exemplo, durante uma sessão de voz entre duas pessoas, ambos podem adicionar outros aplicativos (vídeo, e-mail e jogos) durante a mesma sessão. [5] Além dessas vantagens mencionadas acima, a rede 3G com a arquitetura IMS oferece também: QoS (Quality of Service), cargas, e integração de diferentes serviços. Uma das razões da criação do IMS, foi oferecer QoS exigido e sessões multimídia em tempo real. Outra razão para a criação do IMS é ser capaz de carregar sessões multimídia apropriadamente. Numa videoconferência, geralmente uma grande massa de dados é transferida, com isso, é necessário o controle de transmissão de dados. Em uma sessão pode ser determinada a quantidade de bytes que cada mensagem deve ter para ser transmitida. [5] 3.1 QoS para serviços multimídia Na Internet, em algumas circunstâncias podem ocorrer atrasos, perdas ou entrega de pacotes fora da ordem. Este não é o caso do IMS. No início de uma sessão IMS, o equipamento do usuário (celular, notebook, PDA, etc) negocia alguns parâmetros de QoS a serem utilizados durante a sessão, tais como: sua capacidade de transferência via protoloco SIP (Session Initiation Protocol), o tipo de mídia, direção do tráfego, taxa de transferência, tamanho do pacote, uso do protocolo RTP e adaptação da largura de banda. Esses dados são essenciais para que o acesso à rede seja feito de maneira apropriado. Após ter criado uma comunicação com QoS fim-a-fim, o equipamento do usuário codifica e empacota dados com um protocolo apropriado e os transporta usando o protocolo da camada de transporte (ex. TCP ou UDP). [6] 11
3.2 Política IP Uso correto dos recursos O IMS usa a política de controle IP para controlar e autorizar o uso do tráfego. A política de controle é dividida em três categorias: - O controle de política é responsável por verificar se os parâmetros negociados na sinalização SIP são os mesmos usados na ativação do trafego; - O controle de política é também capaz de identificar o status do tráfego entre as extremidades em uma sessão SIP no IMS; - E, por último, o controle de política é capaz de receber notificação caso o acesso ao serviço de rede tiver modificado, suspenso ou liberado o transporte de um usuário associado a uma sessão. Isto permite que o IMS libere uma sessão em progresso, caso o usuário não esteja mais na área de cobertura. [6] 3.3 Componentes da Arquitetura IMS A arquitetura IMS é a coleção de funções conectadas por interfaces padronizadas. Fica a critério do usuário combinar duas funções em um único nó, e vice-versa. [6] Um simples exemplo com as interfaces mais relevantes da arquitetura IMS, padronizadas pelo 3GPP é mostrado na figura 3.1. Figura 3.1: uma visão da arquitetura IMS [6] 12
No lado esquerdo há o terminal IMS ou UE (equipamento eletrônico pelo qual o usuário estará apto a receber e efetuar chamadas - podendo ser PDAs(Personal Digitals Assistants), computadores, ou telefonia móvel). O terminal IMS liga com a rede de pacote como uma rede GPRS (General Packet Radio Service) através de um link ou rádio. Outras alternativas de acessos são: via WLAN (Wireless Local Access Network) que é uma rede local sem fio, sua comunicação é feita via onda de rádios e tem como restrição à distância dos equipamentos com o ponto de acesso; ou via ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), o qual permite transferência digital de dados e comunicação em alta velocidade via linha telefônica. No lado direito da figura são mostrados os nós conhecidos como núcleos do subsistema da rede Multimídia IP. Os nós são: - HSS s (Home Subscriber Servers) banco de dados do usuário e SLFs (Subscriber Locations Functions); - CSCF s (Call/Session Control Functions) servidores SIP; - AS s (Applications Servers); - MRF s(media Resource Functions), divididos em MRFC (Media Resource Function Controllers) e MRFP (Media Resource Function Processors); - BGCF s (Breakout Gateway Control Functions); - PSTN gateways, cada um decomposto em um SGW (Signaling Gateway), um MGCF (Media Gateway Controller Function), e um MGW (Media Gateway). Cada um desses componentes é explicado nas subseções seguinte. 3.4 O HSS e o SLF No HSS (Home Subscriber Server) são armazenados os dados do usuário usados para controlar uma sessão multimídia. Esses dados são: informação do local, segurança, informações do usuário e o S-CSCF alocado ao usuário, que age como um servidor SIP, controlando sessões dos usuários registrados nele. Nas redes que contêm mais de um HSS, é necessária a presença do componente SLF (Subscription Locator Function), responsável em selecionar o HSS que contêm as informações dos usuários. Para a seleção do HSS, o SLF utiliza o endereço do usuário que está contido no cabeçalho do pedido. 13