IMS

En la red celular actual ya se provee una amplia gama de servicios y el usuario actual ya puede utilizar Internet, así que, ¿porque utilizar IMS?

Como sabemos existen distintos dominios en una red 3G, están la conmutación de circuitos (lu-CS) y paquetes (lu-PS), la lu-CS lleva la voz, el video y los mensajes (SMS). En una red de circuitos existen dos planos, un plano de señalización y otro de multimedia.

En el plano de señalización se incluyen protocolos para establecer el circuito entre la terminal y el plano de media de modo a crear transmisión de datos.

El 3GPP define a la MSC en dos partes: MSC Server y MediaGateway (MGW)

La MSC trabaja con la señalización (plano de señalización) mientras el MGW maneja multimedia a diferencia del IMS que maneja señalización y multimedia.

La primera razón por la cual necesitamos el IMS es para proveer un servicio con QOS (quality of service). Sin QOS no controlamos el flujo de paquetes estos generalmente se rigen por el sistema de mayor esfuerzo, por tanto el establecimiento de VoIP no puede darse pues el flujo de paquetes hace que la conversación sea buena en algunas ocasiones y en otras mala, es decir, no se garantiza el servicio. Un IMS permite un control de calidad de modo que el operador diferencie grupos de consumidores unos de otros.

La segunda razón es permitir la facturación según sesión multimedia, el IMS provee la información del servicio invocado y con esta información el operador decide si aplicara un flat rate, cobro por tiempo de utilización del servicio o en base a paquetes. Por ejemplo, una persona inicia una sesión de Internet puede cobrarse por descarga en kbps mientras que una persona que contrata servicios de televisión en teléfono celular puede hacerlo por tiempo, sin IMS todo se factura por paquetes.

La tercera razón para utilizar IMS es para integrar servicios al usuario, el IMS converge todos los interfases (ej: SS7) a un único estándar lo cual permite a los operadores desarrollar aplicaciones mas fácilmente.

Los operadores actuales desean brindar mas servicios por conmutación de paquetes a los usuarios de modo a que el Internet móvil sea mas atractivo para los usuarios, de modo a que si el IMS se establece pretende brindar:

- Combinación de distintas tendencias de tecnología

- Crear una plataforma común para desarrollo de multimedia

- Diferenciación de sesiones multimedia: radio, tv, Internet, etc.

- Crear mecanismo para amplificar margen debido a un uso extra del Mobile Package Switch Network

MGW

Ha pasado el tiempo asi como mi entendimiento de las redes celulares y veo este articulo esta teoricamente equivocado. Mis disculpas, realmente, no es asi

En el pasado cuando se realizaba una llamada telefonica, todo iba por el mismo tubo. Ejemplo: Cuando uno gira el disco de un telefono de la linea fija se van generando los pulsos que indican que numero telefonico es el destino. El switch identifica estos pulsos y origina la llamada. Posteriormente uno utiliza el mismo canal para enviar la voz. Para muchas situaciones de linea fija en la ultima milla, esto aun sigue siendo asi, un par de cobre que transmite toda la informacion. Sin embargo, actualmente, varios elementos de red han separado canal de informacion del canal de trafico

Voy a remontarme a hablar de la tecnologia GSM. En GSM existen unos canales de control en los cuales se envia informacion de control. Esta informacion de control puede ser numero de telefono al cual se llama, informacion de finalizacion de llamada u otra que responde al control del canal. Control de canal seria establecimiento, mantenimiento o finalizacion de una llamada. Es pura informacion no entendible para el usuario, bits que informan al sistema que hacer.
Existen otros canales que son los llamados canales de trafico en donde va la voz (aproximadamente 25Khz)

Para manejar la llamada (establecimiento, finalizacion, mantenimiento) existe un equipo llamado MSC (Main Switching Center) que procesa toda la informacion del control del canal. Permite el analisis de numero y ubica el otro punto donde va la llamada

Quien maneja el canal de voz es el MGW. Este lleva la "media" que en este caso seria la voz. El switch es quien comanda cuando inicia y finaliza la llamada y el MGW es quien ejecuta la instruccion.

Supongamos que un usuario ejecuta un MO. Por medio del canal de control se envia un pedido de llamada con el numero de telefono destino a la MSC. La MSC verifica
- El usuario tiene habilitado el servicio para hacer la llamadas? >> verifica en el HLR si tienen los permisos correspondientes
- El usuario tiene dinero para realizar la llamada? >> verifica en el OCS, CBS u otro si es que posee credito para realizar la llamada. Si es postpago (informacion que obtendra del HLR) salta este paso pues la facturacion se hace al finalizar el ciclo
- Busca le numero destino: Realiza un analisis de numero buscado la red donde se encuentra el usuario destino
- Establecimiento de Canal: Require a los MGW de origen y destino que se conecten y establezcan una canal de voz para esta llamada

Los canales de voz son manejados por los MGW que a su vez estan en constante comunicacion con el MSC el que verifica los canales de control (en el canal de control puede indicarse que un usuario ha finalizado la llamada) y a su vez otras plataformas (el OCS puede inicar que un usuario ha quedado sin credito y requiere la finalizacion de la llamada)

El MGW posee una coneccion con su cerebro que seria el MSC, y a su vez con una red de MGW para traficar el canal de voz

El MSC posee una coneccion con distintos elementos de red como HLR, OCS, MSC, etc. para obtener informacion que le permita controlar el canal

Ambas plataformas tienen distintas funciones y manejan disntintos protocolos.


Una llamada desde un teléfono celular con tecnología GSM a otro con tecnología GSM posee enlace directo al Switch (elemento de la red que realizar interconexión de llamadas) debido a que se maneja un mismo protocolo. Ahora, al realizar llamadas desde un GSM a UMTS, UMTS a PTSN, GSM a PTSN, etc., los protocolos que se manejan son distintos y no es viable la conexión directa al Switch.

De modo a que el Switch sea capaz de interconectar llamadas de distintas tecnologías un nodo intermedio se hace necesario: MGW (Media Gateway)
El MGW traduce la señalización de las tecnologías como UMTS, 3G, PTSN al lenguaje del Switch u otro nodo de la red como el HLR. De este modo, un mismo core esta disponible para distintas tecnologías.

En el caso de un Softwitch que es un Switch pero mediante software con conexiones IP, existe el siguiente caso: La conexión entre la BSS (BTS + BSC) esta en formato SS7 TDM y el MGW lo convierte en SIGTRAN (SS7 sobre IP) de modo a conversar con el Softswitch. Se hace un cambio de TDM a IP, pero el contenido de SS7 para ambos que es BSSAP queda intacto.

El Switch(Softwitch) y la MGW pueden venir en equipos distintos o en uno mismo, donde en su generalidad se encuentran en equipos separados.
Así, la separación del control y tráfico de datos permite a la red emplear mas eficientemente sus routers de alta capacidad mientras el tráfico de señalización es manejado por equipos de menor porte.

El MGW maneja la señalización de los gateways que transportan control de señalización de llamadas, la cuales pueden ser ISDN, CAS o SS7 através de una red IP por un Softswith.

Equipos como el VoiceMail son conectados directamente al MGW de modo a tener contacto directos con todas las tecnologías debido a ser un nodo de aplicación común.

De acuerdo a las funciones presentadas se puede ver como el MGW es uno de los principales elementos de una red celular y cuyo funcionamiento es fundamental en el día a día de las telecomunicaciones.

SS7

SS7 es un protocolo de señalización utilizado para las telecomunicaciones de vital importancia para los nodos la red

El Switch(MSC) y el HLR se comunican por MAP (Mobile Application Part) que es parte del protocolo SS7

La MSC y la BSC se comunican por BSSAP que es parte del protocolo SS7

La MSC y la PTSN Exchange utilizan el TUP, NUP, ISUP que es parte del protocolo SS7

Lo mencionado anteriormente corresponde a capas del protocolo SS7, capas que presentan al protocolo para funcionalidades distintas de acuerdo a la necesidad

SS7 tiene unas capas que constituyen la base de su arquitectura que son los MTP. MTP1 es la definición de características físicas y eléctricas. MTP2 es la capa data link control que corresponde a la transmisión de datos de dispositivos adyacentes, corrección de errores y demás. MTP3 es la capa network layer que es la responsable de señalizar el camino de un nodo a otro dentro de la misma red. Todas estas capas corresponden a como se comunican los nodos de la red, no el que se comunican. Con estas capas se llegan a todos los nodos de la red SS7.

Ahora que los equipos se comunican entre ellos, hacemos dos grandes diferencias. Si la señalización a comunicar es el establecimiento, supervisión y finalización de un canal de voz corresponden a TUP, NUP y ISUP. Cuando la conexión de los equipos se realiza dentro de una red SS7 es suficiente MTP, pero como el protocolo está pensado a ir mas allá existe una capa que crea canales virtuales entre los nodos, llamada SCCP.

Por tanto SCCP sirve de base para capas que pueden atravesar múltiples redes o que necesitan de canales virtuales. A continuación realizaremos la revisión de las capas que visualizamos inicialmente

BSSAP (Base Station Subsystem Application Part): Es una capa específica para GSM, corresponde a todo el procedimiento de autenticación y asignación de TMSI entre la BSC y MSC. Con otro protocolo se maneja de la terminal a la BSC, pero de aquí en más utilizan BSSAP.

TCAP (Transaction Capabilities Application Part): Esta capa es la base de lo que veremos a continuación, MAP. TCAP se encarga de manejar mensajes con sistema de invoke. Se encarga finalmente de manejar los mensajes MAP del modo que corresponde

MAP (Mobile Application Part): El MAP es la capa que trata comunicación entre la MSC y el HLR. En el se envía si es que el mobile tiene saldo, si tiene categorías para realizar llamados, manejar los datos del Location Update del usuario como el MSRN que se envía durante un llamado

Esta es la estructura de las capas:

El protocolo SS7 es parte vital de las comunicaciones en los sistemas celulares. La fuerza de el protocolo IP en las redes celulares es tal que el protocolo SS7 tiene una variación para trabajar sobre protocolo IP llamado SIGTRAN. Gran parte de los sistemas están migrando a esta solución.

ATM

Asynchronous Transfer Mode es un protocol que posee propiedades de circuito y conexión orientada, ajustándose a la perfección con wide área data networking (que serian redes amplias). ATM fue un protocolo concebido muy ambiciosamente pues buscaba abarcar varias tecnologías y presentar variadas soluciones de networking, lo cual lo hace un protocolo muy complejo. Esta complejidad hace costosa su implementación, razón que llevo a no aplicarselo como se buscaba, por ejemplo en las LAN (Local Area Network) tiene prácticamente aplicación nula.

El protocolo ATM transporta sus datos en paquetes de tamaño idéntico llamados celdas. Cuando una información desea transmitirse por ATM esta es fragmentada en celdas, estas celdas son llevadas a través de los switches que debido a sus prestaciones permiten su manejo con mayor facilidad.

Al ser un protocolo asíncrono, la información no es enviada en un intervalo regular y no necesita de ningún tipo de clock. Esto permite enviar las celdas según se requieran, según posibilidad y según QoS definido, logrando una mejor utilización del ancho de banda.

La conexión es orientada, es decir, se crean canales virtuales de modo a que se envíen los datos a los nodos deseados. La creación de este camino puede realizarse de dos formas, una es el establecimiento de un camino virtual permanentemente mediante configuración manual y otro es enviando primeramente celdas que gestionan un canal virtual.

Cuando el camino virtual está establecido, la celda, al ingresar a este va automáticamente hasta destino, no existe ningún otro tipo de enrutamiento requerido pues el camino ya está establecido

Por más que se establezca un camino el cual seguir, distintos servicios que utilizan el mismo camino pueden llegar a requerir distintas prestaciones, por ejemplo un canal de voz requiere poco retraso y un video permite más retraso pero mayor cantidad de datos. Finalmente, dentro de los canales virtuales se crean los llamados circuitos virtuales. En estos circuitos virtuales se define que ancho de banda manejan, que retraso poseen además de definir otro tipo de valores de QoS (Quality of Services) individualmente.

En ATM se especifica el adaptación layer como AAL. Los tipos de AAL están dados de acuerdo a las necesidades del canal. Si es que requieren un bit rate estándar o si solo requiere de una conexión ráfaga lo cual afecta en el QoS se les designa el AAL correspondiente.

Cuando se desea por lo tanto cursar tráfico, se debe primeramente identificar el camino que le corresponde mediante le parámetro VPI (Virtual Path Identifiar) y el circuito virtual que le corresponde mediante VCI (Virtual Circuit Identifier) el cual posee un configuración de QoS.

En IP los paquetes cuando son enviados atravez de la red pregunta en cada router que dirección deben tomar, donde deben ir. La conexión orientada es una de las grandes ventajas del ATM, el cual una vez establecido el canal, cursa su trafico sin cuestionamientos. MPLS es la búsqueda del IP de crear los caminos virtuales brindados por ATM.

MPLS

En redes celulares la transcendencia del protocolo IP se afianza de tal modo en que se predice su hegemonía en redes en un futuro cercano.

Este protocolo IP con el que acostumbramos vivir ya no tiene sorpresas para nosotros. Lo hemos analizado de pies a cabeza y esta tan utilizado que se nos hace escaso… lo que fundamenta la nueva IPV6.

Sin embargo toda conversación que se inicia en Redes Celulares y se hace paso por IP necesariamente lleva su camino hasta MPSL.

MPLS (MultiProtocol Label Switching) es un protocolo el cual crea caminos virtuales mediante etiquetas. Es decir entrando a la red MPSL con una etiqueta específica esta tiene un camino determinado para nosotros.

En la capa IP el paquete va preguntando en cada router que camino debe seguir, sin embargo, en MPLS se da una etiqueta la cual marca el camino sin buscar en una tabla de enrutamiento IP.

Funciona de este modo, un paquete llega a una red MPLS, por tanto se debe etiquetar el paquete de acuerdo a un camino. Donde se determina esta etiqueta en particular es el FEC (Forward Equivalente Class) y posteriormente se da PUSH a la etiqueta.

El punto de entrada en la red MPLS es llamado LER(Label Edge Routing), el cual envía el “paquete etiquetado” a un router destino. Este router analiza el “paquete etiquetado”, determina cual es la dirección la cual debe seguir y modifica su etiqueta de modo marcar camino al siguiente router, lo que se llama SWAP.

Cuando el paquete llega a destino, la etiqueta del router es removida, mediante un POP de la etiqueta y entregado a destino.

El camino lógico de etiquetas lleva el nombre de LSP (Label Switch Path) y los protocolos que lo manejan son dos: LDP (Label Distribution Protocol) y RSVP-TE (extensión de Resourse Reservation Protocol).

Finalmente lo atractivo del MPLS es la creación de un camino virtual, el cual tiene muchas similitudes con el ATM. La gran ventaja que tiene MPLS sobre ATM es que la MPLS se creó para ser complementario del protocolo IP donde ATM requiere de una capa de adaptación para transportar IP.