IP 멀티미디어 서브시스템

3. 구조

IP 멀티미디어 코어 네트워크 서브시스템은 다양한 기능들의 집합이며, 표준화된 인터페이스로 연결되어 하나의 IMS 관리 네트워크를 형성한다.^[7] 기능은 노드(하드웨어 박스)가 아니며, 구현 방식에 따라 두 기능을 하나의 노드로 결합하거나 단일 기능을 여러 노드로 분할할 수 있다. 각 노드는 규모 조정, 부하 분산, 조직 문제 등으로 인해 단일 네트워크에 여러 번 존재할 수 있다.

3. 1. 접속 네트워크

3. 2. 핵심망

3. 2. 1. 홈 가입자 서버(HSS)

3. 2. 2. 콜 세션 제어 기능(CSCF)

• '''프록시-CSCF'''(P-CSCF, Proxy-CSCF): IMS 단말이 처음 접촉하는 SIP 프록시이다. 방문 네트워크 또는 홈 네트워크에 위치할 수 있다.
• 등록 전에 IMS 단말에 할당되며, 등록 기간 동안 변경되지 않는다.
• 모든 신호 경로에 위치하며, 모든 신호를 검사한다.
• 가입자 인증을 제공하고, IMS 단말과 IPsec 또는 TLS 보안 연관을 설정한다.
• SigComp을 사용하여 SIP 메시지를 압축 및 압축 해제하여 느린 무선 링크에서 왕복 시간을 줄인다.
• 미디어 평면 리소스의 서비스 품질(QoS)을 권한 부여하는 정책 결정 기능(PDF, Policy Decision Function)을 포함할 수 있다.
• 요금 기록을 생성한다.
• '''질의-CSCF'''(I-CSCF, Interrogating-CSCF): 관리 도메인 가장자리에 위치하는 SIP 기능이다. 해당 IP 주소는 도메인의 도메인 이름 시스템(DNS)에 게시된다.
• HSS에 쿼리하여 S-CSCF의 주소를 검색하고 SIP 등록을 수행하는 사용자에게 할당한다.
• SIP 요청 또는 응답을 S-CSCF로 전달한다.
• '''서비스-CSCF'''(S-CSCF, Serving-CSCF): 신호 평면의 중앙 노드이다. SIP 서버이지만 세션 제어도 수행한다. 항상 홈 네트워크에 위치한다.
• SIP 등록을 처리하여 사용자 위치(예: 단말의 IP 주소) 및 SIP 주소를 바인딩한다.
• 로컬로 등록된 사용자의 모든 신호 메시지 경로에 위치하며, 모든 메시지를 검사한다.
• 해당 서비스를 제공하기 위해 SIP 메시지를 어떤 애플리케이션 서버로 전달할지 결정한다.
• 전자 번호 매기기 (ENUM) 조회를 사용하여 라우팅 서비스를 제공한다.
• 네트워크 사업자의 정책을 시행한다.
• 부하 분산 및 고가용성을 위해 네트워크에 여러 S-CSCF가 있을 수 있다.

• MRFC는 AS 및 S-CSCF에서 오는 정보를 해석하여 MRFP를 제어하는 시그널링 평면 노드이다.
• MRFP는 미디어 스트림을 혼합, 소스 또는 처리하는 데 사용되는 미디어 평면 노드이다.

3. 2. 3. 애플리케이션 서버(AS)

• SIP AS: IMS 특정 서비스를 호스팅하고 실행한다.^[1]
• IP 멀티미디어 서비스 스위칭 기능(IM-SSF): CAP에 SIP를 인터페이스하여 CAMEL 애플리케이션 서버와 통신한다.^[1]
• OSA 서비스 기능 서버(OSA SCS): OSA 프레임워크에 SIP를 인터페이스한다.^[1]

3. 2. 4. 미디어 서버

3. 2. 5. 브레이크아웃 게이트웨이(BGCF)

3. 2. 6. PSTN 게이트웨이

• 신호 게이트웨이 (SGW): CS 네트워크의 신호 평면과 인터페이스한다. 스트림 제어 전송 프로토콜 (SCTP)과 같은 하위 계층 프로토콜을 메시지 전송 부분 (MTP) (신호 시스템 7 (SS7) 프로토콜)으로 변환하여 ISDN 사용자 부분 (ISUP)을 MGCF에서 CS 네트워크로 전달한다. MGCF의 제어하에 SIP와 ISUP/BICC 간의 통화 제어 프로토콜 변환을 수행한다.
• 미디어 게이트웨이 제어 기능 (MGCF): SCTP를 통해 SGW와 인터페이스하는 SIP 종점이다. 또한 H.248 인터페이스를 통해 미디어 게이트웨이 (MGW)의 리소스를 제어한다.
• 미디어 게이트웨이 (MGW): RTP와 PCM 간의 변환을 통해 CS 네트워크의 미디어 평면과 인터페이스한다. 또한 코덱이 일치하지 않는 경우(예: IMS는 AMR을 사용할 수 있고, PSTN은 G.711을 사용할 수 있음) 트랜스코딩을 수행할 수 있다.

3. 2. 7. 미디어 리소스

3. 3. NGN 상호연결

; 상호 접속 시험 표준(NNI)

3. 4. 과금

• '''오프라인 과금:''' 세션에 참여하는 모든 SIP 네트워크 엔티티(P-CSCF, I-CSCF, S-CSCF, BGCF, MRFC, MGCF, AS)는 Diameter Rf 인터페이스를 사용하여 동일 도메인에 위치한 CDF로 회계 정보를 보낸다. CDF는 이 모든 정보를 수집하여 통화 상세 기록(CDR)을 생성하고, 이를 해당 도메인의 과금 시스템으로 보낸다.^[1] 각 세션은 SIP 트랜잭션에 참여하는 첫 번째 IMS 엔티티가 생성하고 CDR과의 상관 관계에 사용되는 고유 식별자인 IMS 과금 식별자(ICID)를 전달한다. 상호 운영자 식별자(IOI)는 송신 및 수신 네트워크 간에 공유되는 전역적으로 고유한 식별자이다. 각 도메인에는 자체 과금 네트워크가 있다. 다른 도메인의 과금 시스템도 정보를 교환하여 로밍 요금을 적용할 수 있다.^[1]
• '''온라인 과금:''' S-CSCF는 일반적인 SIP 애플리케이션 서버처럼 보이는 IMS 게이트웨이 기능(IMS-GWF)과 통신한다. IMS-GWF는 세션 중 사용자의 크레딧이 소진되면 S-CSCF에 세션을 종료하도록 신호를 보낼 수 있다. AS 및 MRFC는 Diameter Ro 인터페이스를 사용한다.^[1]
• '''즉시 이벤트 과금'''(IEC)이 사용되면 ECF에 의해 사용자의 계정에서 즉시 일정 수의 크레딧 단위가 차감되고, MRFC 또는 AS는 서비스를 제공할 권한을 받는다. 충분한 크레딧 단위가 없는 경우 서비스는 권한이 부여되지 않는다.^[1]
• '''단위 예약이 있는 이벤트 과금'''(ECUR)이 사용되면 ECF(이벤트 과금 기능)는 먼저 사용자의 계정에 일정 수의 크레딧 단위를 예약한 다음 MRFC 또는 AS에 권한을 부여한다. 서비스가 종료된 후 소비된 크레딧 단위의 수가 보고되고 계정에서 차감된다. 예약된 크레딧 단위는 그 후 해제된다.^[1]

3. 5. IMS 기반 PES 아키텍처

• AGC(Access Media Gateway)를 통해 AGCF(Access Gateway Control Function)에 연결 및 제어된다. AGCF는 통신 사업자 네트워크 내에 위치하며 여러 A-MGW를 제어한다. A-MGW와 AGCF는 P1 참조 지점을 통해 H.248.1(Megaco)를 사용하여 통신한다. POTS 전화는 z 인터페이스를 통해 A-MGW에 연결된다. 신호는 A-MGW에서 H.248로 변환되어 AGCF로 전달된다. AGCF는 H.248 신호와 A-MGW의 다른 입력을 해석하여 H.248 메시지를 적절한 SIP 메시지로 형식화한다. AGCF는 S-CSCF(Serving-Call Session Control Function)에 P-CSCF(Proxy-Call Session Control Function)로 표시되며 생성된 SIP 메시지를 S-CSCF 또는 IBCF(Interconnection Border Control Function)를 통해 IP 경계로 전달한다. SIP 메시지의 S-CSCF에 제공되는 서비스는 PES AS(Application Server)를 트리거한다. AGCF는 또한 특정 서비스 독립 논리를 가지고 있다. 예를 들어, A-MGW에서 오프 훅 이벤트를 수신하면 AGCF는 A-MGW에 다이얼 톤을 재생하도록 요청한다.
• 고객 구내의 VGW(VoIP-Gateway) 또는 SIP 게이트웨이/어댑터를 통해. VoIP 게이트웨이를 통한 POTS 전화는 P-CSCF에 직접 연결된다. 통신 사업자는 보안을 위해, 그리고 네트워크 토폴로지를 숨기기 위해 VoIP 게이트웨이와 P-CSCF 사이에 주로 세션 경계 컨트롤러를 사용한다. VoIP 게이트웨이는 Gm 참조 지점을 통해 SIP를 사용하여 IMS에 연결된다. z 인터페이스를 통한 POTS 서비스에서 SIP로의 변환은 고객 구내 VoIP 게이트웨이에서 발생한다. POTS 신호는 SIP로 변환되어 P-CSCF로 전달된다. VGW는 SIP 사용자 에이전트 역할을 하며 SIP 단말로 P-CSCF에 표시된다.

3. 6. 인터페이스 설명

4. 세션 처리

IMS의 핵심 기능 중 하나는 SIP 애플리케이션을 사용자 프로필에 따라 동적으로, 차별적으로 작동시키는 기능이다. 이는 S-CSCF에서 필터 및 리다이렉션 시그널링 메커니즘을 통해 구현된다.

S-CSCF는 필터 조건을 적용하여 SIP 요청을 AS(애플리케이션 서버)로 전달할지 여부를 결정한다. 발신 측 서비스는 발신 네트워크에서, 착신 측 서비스는 착신 네트워크에서 적용되며, 이는 각 S-CSCF에서 모두 이루어진다.^[7]

4. 1. 초기 필터 기준(iFC)

iFC에는 두 가지 유형이 있다.

5. 보안

TS 33.203에 정의된 보안은 USIM/ISIM 인터페이스 부족과 IPv4를 지원하는 장치의 보급으로 인해 한동안 사용할 수 없을 것으로 예상되었다. 이러한 상황에서 3GPP는 TR33.978에 "초기 IMS 보안"으로 알려진 일부 보안 메커니즘을 정의하였다. 이 메커니즘은 사용자의 프로필과 IP 주소를 연결하는 네트워크 접속 절차 중에 수행되는 인증에 의존한다.

케이블랩스(CableLabs)는 IMS 아키텍처를 채택했지만, 단말기에 USIM/ISIM 기능이 없는 패킷케이블 2.0에서 Digest-MD5가 유효한 인증 옵션인 3GPP 사양에 대한 델타를 발표했다. 이후 TISPAN도 고정 네트워크 범위를 고려하여 유사한 노력을 기울였지만 절차는 달랐다. IPsec 기능 부족을 보완하기 위해 TLS가 Gm 인터페이스를 보호하는 옵션으로 추가되었다. 이후 3GPP 릴리스는 공통 IMS 플랫폼을 향해 Digest-MD5 방식을 포함했지만 자체적으로 다시 다른 접근 방식을 사용했다. Digest-MD5 인증의 세 가지 변형 모두 동일한 기능을 가지며 IMS 단말기의 관점에서는 동일하지만, S-CSCF와 HSS 간의 Cx 인터페이스 구현은 다르다.

5. 1. GSM 시스템의 보안

5. 2. 초기 IMS 시스템의 보안

5. 3. 현행 IMS 시스템의 보안

참조

_[1] 간행물 IP Multimedia Subsystem (IMS), Stage 2, TS 23.228 3rd Generation Partnership Project
_[2] 간행물 A Pointless Multimedia Subsystem? http://www.allbusine[...] Mobile Communications International 2006-10
_[3] 간행물 A New Mechanism of EAB in RCS https://doi.org/10.1[...] Springer 2021-04-08
_[4] 웹사이트 3GPP Release Descriptions http://www.3gpp.org/[...]
_[5] 웹사이트 Dispelling LTE Myths https://www.3gpp.org[...] 2021-04-08
_[6] 문서 What is Voice over LTE, VoLTE https://www.electron[...]
_[7] 웹사이트 3GPP Stage 2 Specifications http://www.3gpp.org/[...]
_[8] 간행물 IP Multimedia Subsystem (IMS), Stage 2, V5.15.0, TS 23.228 3rd Generation Partnership Project
_[9] 간행물 A Pointless Multimedia Subsystem? http://www.allbusine[...] Mobile Communications International 2006-10
_[10] 문서 3GPP TS 23.292: IP Multimedia System (IMS) centralized services; Stage 2
_[11] 문서 3GPP TS 29.198
_[12] 문서 英語名はPublic Switched Telephone Network/Circuit Switched gateway
_[13] 문서 回線交換網では[[共通線信号No.7#プロトコル参照モデル|ユーザプレーン]]という