Tesis MacDonald

INSTITUTO TECNOLGICO AUTNOMO DE MXICO

Servicios Personalizados de Multimedia Ofrecidos Sobre la Plataforma IP Multimedia Subsystem

T E S I S QUE PARA OBTENER EL TTULO DE INGENIERO EN TELEMTICA P R E S E N T A ALTON KENNETH MACDONALD HERNNDEZ

MXICO, D.F.

2009

Con fundamento en los artculos 21 y 27 de la Ley Federal del Derecho de Autor y como titular de los derechos moral y patrimonial de la obra titulada Servicios Personalizados de Multimedia Ofrecidos Sobre la Plataforma IP Multimedia Subsystem, otorgo de manera gratuita y permanente al Instituto Tecnolgico Autnomo de Mxico y a la Biblioteca Ral Baillres Jr., autorizacin para que fijen la obra en cualquier medio, incluido el electrnico, y la divulguen entre sus usuarios, profesores, estudiantes o terceras personas, sin que pueda percibir por tal divulgacin una contraprestacin.

Alton Kenneth MacDonald Hernndez

FECHA

FIRMA

A mi madre.

Agradecimientos Quiero agradecer la ayuda que me proporcion mi asesor, el Mto. Rodolfo Cartas Ayala, en la recoleccin de informacin y sus amplias sugerencias en la escritura de este documento. Al Dr. Jos Alberto Domingo Incera Diguez por las crticas y sugerencias hechas a mi trabajo de tesis y por sus valiosos comentarios durante nuestras plticas. A toda la facultad del departamento de Sistemas Digitales por el conocimiento que me han brindado, en especial al Dr. Federico Jos Kuhlmann Rodrguez por el apoyo que me ha brindado a travs de la carrera al revisar formatos y trmites poco comunes. Al Mto. Uciel Fragoso Rodrguez por su apoyo en fallas de conectividad presentadas en el Laboratorio de Redes Avanzadas. Y al Mto. Jorge Luis Ojeda que sin su generosidad no hubiera sido posible implementar el gateway telefnico de la maqueta usada en este trabajo de tesis. Quiero adems agradecer a todas las personas que me han permitido conocerlas y aprender de ellas, pero sobre todo que me han brindado su amistad durante mi estancia en el ITAM. A mis amigos les pido una disculpa por haberme ausentado tanto tiempo. Y finalmente, quiero agradecer a mi familia que han soportado mis errticos ciclos de sueo durante la escritura de este documento.

Resumen La convergencia digital se vuelve cada da ms importante tanto para los operadores como los usuarios. Los usuarios han aumentado sus exigencias y los operadores han visto la necesidad de adaptarse ante estas nuevas exigencias. Las Redes de Siguiente Generacin (Next Generation Networks: NGN) proponen solucionar estos problemas al migrar del decadente modelo del Sndrome Silo al revolucionario modelo de Plataforma de Entrega de Servicios. Se presenta la plataforma IP Multimedia Subsystem (IMS) cmo la primer implementacin de una Plataforma de Entrega de Servicios en la adopcin de redes NGN. Este trabajo de tesis analiza la relacin entre estos conceptos y cmo dan luz a IMS. Tambin se analiza la operacin de servicios Servicios Basados en Localizacin (Location Based Services: LBS) dentro de este contexto para mejorar la Calidad de Experiencia (Quality of Experience: QoE) presenciada por los usuarios. Se logr implementar la oferta de LBS personalizados sobre IMS. Este documento detalla la construccin de una maqueta IMS. Adems describe el diseo e implementacin de servicios LBS usando los bloques de servicio proporcionados por la maqueta.

ndice general1. Introduccin 1.1. Antecedentes . . . . . . . . . 1.2. Objetivo . . . . . . . . . . . . 1.3. Alcance . . . . . . . . . . . . 1.4. Justificacin . . . . . . . . . . 1.5. Trabajos Relacionados . . . . 1.6. Organizacin del Documento . 1 1 5 5 5 6 8 9 9 11 12 12 13 14 15 17 18 18 20 20 21 21 22 22

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2. Marco Conceptual 2.1. Redes de Siguiente Generacin . . . . . . . . 2.1.1. Definicin . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.2. Arquitectura NGN . . . . . . . . . . 2.1.2.1. Plano de Transporte . . . . 2.1.2.2. Plano de Servicio . . . . . 2.1.3. Transicin Hacia NGN . . . . . . . . 2.2. Modelos de Entrega de Servicio . . . . . . . 2.3. IP Multimedia Subsystem . . . . . . . . . . 2.3.1. Orgenes de IMS . . . . . . . . . . . 2.3.2. Arquitectura IMS . . . . . . . . . . . 2.3.3. Componentes IMS . . . . . . . . . . 2.3.3.1. Repositorios de Informacin 2.3.3.2. CSCF . . . . . . . . . . . . 2.3.3.3. P-CSCF . . . . . . . . . . 2.3.3.4. I-CSCF . . . . . . . . . . . 2.3.3.5. S-CSCF . . . . . . . . . . .

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NDICE GENERAL

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2.3.3.6. Servidores de Aplicaciones . . . . 2.3.4. Usuarios dentro de IMS . . . . . . . . . . . 2.3.4.1. Identificacin Pblica de Usuario . 2.3.4.2. Identificacin Privada de Usuario . 2.3.4.3. Perfil de Servicio . . . . . . . . . . 2.3.5. Tarificacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.5.1. Tarificacin Fuera de Lnea . . . . 2.3.5.2. Tarificacin En Lnea . . . . . . . 2.3.5.3. Tarificacin Basada en Flujos . . . 2.3.6. Tecnologas y Protocolos Usados . . . . . . 2.3.6.1. IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.6.2. SIP . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.6.3. Session Description Protocol . . . 2.3.6.4. Diameter . . . . . . . . . . . . . . 2.3.6.5. RTP/RTCP y H.323 . . . . . . . 2.3.6.6. IPSec y TLS . . . . . . . . . . . . 2.4. Servicios Basados en Localizacin . . . . . . . . . . 2.4.1. Mtodos de Localizacin . . . . . . . . . . . 2.4.1.1. GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.1.2. Asistida Va Red Celular . . . . . 2.4.1.3. Asistida Va Puntos de Acceso . . 2.4.2. Presencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.3. XDMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.4. Documento de Presencia . . . . . . . . . . . 2.4.5. XCAP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.6. RLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Construccin de la Maqueta IMS 3.1. Objetivos y Requerimientos . . . 3.2. Dominios IMS . . . . . . . . . . . 3.3. Gateway PSTN . . . . . . . . . . 3.4. Servidor de Contenidos . . . . . . 3.5. Servidor de Presencia . . . . . . . 3.6. Clientes IMS . . . . . . . . . . . 3.7. Topologa Fsica . . . . . . . . . 3.8. Evaluacin de la Maqueta . . . . 3.8.1. Telefona Tradicional . . .

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NDICE GENERAL

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3.8.2. Telefona Celular Mvil . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.8.3. Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Diseo de LBS Personalizados 4.1. Introduccin . . . . . . . . . . . 4.2. Gua Virtual . . . . . . . . . . 4.2.1. Diseo de Alto Nivel . . 4.2.2. Flujo de Mensajes SIP . 4.3. Cartelera Personalizada . . . . 4.3.1. Diseo de Alto Nivel . . 4.3.2. Flujo de Mensajes SIP . 4.3.3. Archivos XML y XSD . 4.4. Clculo de Distancia en Metros 4.5. Actualizaciones de Localizacin 4.6. Modelo de Negocio . . . . . . .

49 50 53 53 54 55 56 58 59 60 61 62 62 63 65 65 67 68 70 72 73 74 75 76 76 77 78 79 79 80 81 81 82 83 84

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5. LBS Personalizados 5.1. Herramientas Utilizadas . . . . . . . . . . 5.2. Modificaciones al Diseo . . . . . . . . . . 5.2.1. Mtodo REFER . . . . . . . . . . 5.2.2. Mtodo UPDATE . . . . . . . . . 5.3. Implementacin del AS para Servicios LBS 5.3.1. Interaccin con la Base de Datos . 5.3.2. Contenedor HTTP . . . . . . . . . 5.3.3. Contenedor SIP . . . . . . . . . . . 5.3.4. Procesamiento de XML . . . . . . 5.3.5. Construccin de la Cartelera . . . . 5.3.6. Consultas XCAP . . . . . . . . . . 5.4. Notificaciones de Localizacin . . . . . . . 5.5. Cambios a los Dominios . . . . . . . . . . 5.5.1. Configuracin del P-CSCF . . . . . 5.5.2. iFC para IPTV . . . . . . . . . . . 5.5.3. iFC para LBS . . . . . . . . . . . . 5.6. Cambios al Cliente . . . . . . . . . . . . . 5.7. Escenario de Pruebas . . . . . . . . . . . . 5.8. Destinos e Itinerarios . . . . . . . . . . . . 5.9. Visualizacin del Funcionamiento . . . . .

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NDICE GENERAL

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6. Conclusiones y Lneas Futuras 6.1. Acerca de la Maqueta IMS . . . . . 6.2. Acerca de los Servicios LBS . . . . 6.3. Desarrollo de un Cliente IMS Mvil 6.4. Conclusiones Finales . . . . . . . . 6.5. Lneas Futuras . . . . . . . . . . . 7. Referencias Bibliogrficas Apndices

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A. Instalacin de la Maqueta IMS A.1. Dominios IMS . . . . . . . . . . . . . A.2. Gateway PSTN . . . . . . . . . . . . A.2.1. Hardware: Tarjeta Digium . . A.2.2. Software: Asterisk . . . . . . A.2.3. Configuracin Adicional . . . A.3. Servidor de Contenidos . . . . . . . . A.3.1. Darwin Streaming Server . . A.3.2. UCT IPTV Streaming Server A.4. Servidor de Presencia . . . . . . . . . A.4.1. OpenSIPS . . . . . . . . . . . A.4.2. OpenSIPS-mi-proxy . . . . . A.4.3. OpenXCAP . . . . . . . . . . A.5. Servidores de Aplicaciones . . . . . . A.5.1. Presencia . . . . . . . . . . . A.5.2. IPTV . . . . . . . . . . . . . A.5.3. Gateway PSTN . . . . . . . . A.5.4. Perfil de Servicio . . . . . . . B. Ejecucin de los Servicios LBS B.1. Sailfin . . . . . . . . . . . . . B.2. UCT IMS Client . . . . . . . B.3. P-CSCF . . . . . . . . . . . . B.4. SIPp . . . . . . . . . . . . . . Glosario

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ndice de figuras2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. 3.7. 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. Arquitectura NGN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Modelo Vertical (Sndrome Silo) . . . . . . . . . . . . . . . Modelo Horizontal (Plataforma de Entrega de Servicios) . Arquitectura IMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Formato de Mensaje SIP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Localizacin Relativa Usando la Sectorizacin de Antenas Servidor de Presencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ncleo IMS . . . . . . . . . . . . . . Diseo del Gateway PSTN . . . . . . Diseo del Servidor de Contenidos . Diseo de XDMS . . . . . . . . . . . Topologa Fsica de la Maqueta IMS Entrega de Contenido . . . . . . . . Curiosidades del Servicio de Roaming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 16 17 19 27 32 33 38 41 42 43 45 47 50 57 60 61 63 69 71 72 73 74

Mensajes SIP Generados por el Gua Virtual . . . . . . . . . . . Mensajes Generados por la Cartelera Personalizada . . . . . . . PIDF de los Gneros Preferidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . Definicin XSD del Formato de las Actualizaciones de Localizacin Primera Modificacin al Diseo . . . . Diseo Final de los LBS Personalizados Terminacin del Contenido LBS . . . . Base de Datos Usado por el AS . . . . Interaccin con la Base de Datos . . . x . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

NDICE DE FIGURAS

NDICE DE FIGURAS

5.6. Visualizacin de los Destinos Tursticos y Usuarios 5.7. Generacin de Notificaciones de Localizacin . . . . 5.8. Rutas que Recorren los Usuarios . . . . . . . . . . 5.9. Entrega del Servicio al Usuario 1 . . . . . . . . . . 5.10. Entrega del Servicio al Usuario 2 . . . . . . . . . . 5.11. Entrega del Servicio a los Usuarios 3 y 4 . . . . . .

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A.1. Cableado para RJ45 a RJ11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 A.2. Configuracin de la Lista de Reproduccin . . . . . . . . . . . . 107

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ndice de cuadros2.1. Cdigos de Estado SIP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2. Mtodos SIP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3. Ejemplo de Documento de Presencia . . . . . . . . . . . . . . . 3.1. Funcionalidades Ofrecidas Bajo Esquema PSTN/ISDN . . . . . 3.2. Funcionalidades Ofrecidas Bajo Esquema de Telefona Celular Mvil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3. Funcionalidades Ofrecidas Bajo Esquema Internet . . . . . . . . 4.1. Actualizaciones de las Coordenadas Geogrficas . . . . . . . . . 5.1. Trigger Points Definidos para el Servidor de Contenidos . . . . 5.2. Trigger Points Definidos para los Servicios LBS Personalizados . A.1. Inicializacin de la Variable CLASSPATH Usado por HSS A.2. Puertos Usados por los Dominios IMS . . . . . . . . . . . A.3. Modificacin al Cdigo de Asterisk . . . . . . . . . . . . . A.4. Puertos Usados por Asterisk . . . . . . . . . . . . . . . . . A.5. Traduccin de SIP-URI a RTP . . . . . . . . . . . . . . . A.6. Sustitucin de Valores en el Archivo opensipsctlrc . . . . A.7. Construccin de la BD Usado por OpenSIPS . . . . . . . . A.8. Modificacin para que OpenSIPS Inicie Automticamente A.9. Instalacin de OpenSIPS-mi-proxy . . . . . . . . . . . . . A.10.Prerequisitos para Instalar OpenXCAP . . . . . . . . . . . A.11.Integracin de OpenXCAP y OpenSIPS . . . . . . . . . . A.12.Puertos Usados por el Servidor de Presencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 28 34 49 50 51 63 80 81 102 103 105 106 108 109 109 110 111 111 113 113

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NDICE DE CUADROS

NDICE DE CUADROS

A.13.Valores del Trigger Point para el AS de Presencia . . . . . . . . 114 A.14.Valores del Trigger Point para el Servidor de Contenidos . . . . 115 A.15.Valores del Trigger Point para el Gateway PSTN . . . . . . . . 115 B.1. B.2. B.3. B.4. B.5. B.6. Primera Modificacin al Cdigo del Cliente . Segunda Modificacin al Cdigo del Cliente Modificacin a la Configuracin del P-CSCF Script Usado para Iniciar SIPp . . . . . . . Formato del CSV con Coordenadas . . . . . Mensajes PUBLISH generados por SIPp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 118 118 119 119 120

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Captulo 1

IntroduccinEste Captulo expone la situacin actual de los operadores ante la migracin hacia Redes de Siguiente Generacin (Next Generation Networks: NGN) y cmo la plataforma IP Multimedia Subsystem (IMS) intenta suavizar dicha migracin. Adems presenta el objetivo, alcance y justificacin del trabajo realizado en esta tesis. Finalmente incluye un esquema explicando la organizacin del documento.

1.1.

Antecedentes

Anteriormente los servicios definan las tecnologas de red. Las Redes Telefnicas Tradicionales (Public Switched Telephone Networks: PSTNs) fueron diseadas para proveer servicios de voz. A su vez, las teledifusoras desplegaron sus redes para ofrecer servicios de video. El Protocolo de Internet (Internet Protocol: IP) fue diseado para compartir archivos y recursos en un ambiente de colaboracin. Los servicios nicamente eran accesibles desde las redes que los ofrecan; la posibilidad de entregar servicios de voz, video o datos era altamente dependiente de la red de acceso y de transporte. Actualmente, las redes de acceso cuentan con la tecnologa que les permite realizar la entrega de contenido anteriormente no contemplado, lo cual ha motivado un cambio en las exigencias de los usuarios. El usuario tiene la expectativa de tener acceso a cualquier servicio desde cualquier lugar, haciendo irrelevante la red que provee dicho servicio [48]. Esto complica enormemente el trabajo de los operadores ya que sus redes no fueron diseadas para soportar mltiples tipos de flujo. 1

1.1. Antecedentes

Captulo 1. Introduccin

La creciente demanda de servicios bajo contextos hasta hace poco impensables, junto con las altas velocidades brindadas por tecnologas de banda ancha han dado vida a la llamada convergencia digital. Dicha convergencia surge a partir de tres puntos: (1) no existe una diferencia fundamental entre los dispositivos de cmputo y los dispositivos de transmisin de datos; (2) no existe una diferencia fundamental entre la transmisin de datos, voz y video; (3) las lneas que dividen un dispositivo de cmputo y una red se desvanecen [49]. La realizacin de estos puntos se ve reflejado en un cambio radical donde los operadores aspiran por ofrecer cualquier tipo de servicio desde sus propias redes. A su vez, los usuarios, al ver que todos los operadores cuentan con la capacidad de ofrecer los mismos servicios, esperan poder usar cualquier dispositivo para acceder a su informacin desde las distintas redes de acceso. Como consecuencia, el usuario percibe la red como un ente transparente. La convergencia no funciona bajo el modelo tradicional donde el servicio depende de la red de acceso. Las Redes de Siguiente Generacin (Next Generation Networks: NGN) introducen un nuevo modelo donde los servicios son independientes de las tecnologas que la transportan. stas buscan solucionar los obstculos que enfrentan las redes tradicionales en la convergencia digital. Existen dos principales tecnologas o redes de transporte que pueden ser usadas para construir una NGN: las redes basadas en la conmutacin de circuitos y aquellas basadas en la conmutacin de paquetes. Por s solas ninguna de estas redes son suficientes para fomentar la convergencia ni la transicin a redes NGN. Las redes de conmutacin de circuitos, a pesar de garantizar una alta disponibilidad y Calidad de Servicio (Quality of Service: QoS), desperdician recursos ya que reservan un canal durante toda una sesin, sin importar cmo se utiliza. Las redes de conmutacin de paquetes basados en IP, a pesar de permitir mayor trfico en canales del mismo ancho de banda, se ven perjudicadas por su entrega basado en el mejor esfuerzo [14]. Es decir, la velocidad de transmisin y ancho de banda en un momento dado depende del trfico presente en la red. Como consecuencia, la red se encarga de transportar, ms no garantizar la integridad ni la entrega de datos. Tampoco se garantiza la entrega secuencial de paquetes, perjudicando la QoS; no se cuenta con un esquema de tarificacin que permita cobrar por los recursos utilizados; y tampoco permite la integracin de distintos servicios [14]. IP Multimedia Subsystem (IMS) es una propuesta de Third Generation Partnership Project (3GPP) como parte de su Release 5 y ha sido mejorada en los Release 6 y 7 [14]. IMS fue diseado para controlar sesiones de multimedia en-

2

1.1. Antecedentes


tre usuarios, pero su maduracin ha adoptado cuatro objetivos principales: (1) combinar las ltimas tendencias tecnolgicas; (2) lograr el paradigma del internet mvil; (3) proporcionar una plataforma comn que permita la creacin de servicios multimedia; (4) crear un mecanismo que aumente ingresos debido a su uso en redes mviles [14]. 3GPP con la ayuda del Internet Engineering Task Force (IEFT) han definido el funcionamiento de IMS con tecnologas abiertas. La razn que se opt por usar tecnologas abiertas provenientes del mundo IP fue que el Internet ha mostrado un enorme nivel de crecimiento e innovacin el cual no es posible en ambientes cerrados como los utilizados en las PSTN y el mundo de telefona celular. Puesto en marcha sobre el Protocolo de Internet versin 6 (Internet Protocol v6: IPv6), IMS se ha convertido en una Plataforma de Entrega de Servicios permitiendo el despliegue rpido de servicios baratos; sta es otra razn por la cual se opt por usar tecnologas abiertas ya que cualquiera puede ofrecer nuevos servicios sobre IMS y el operador puede conjuntar dichos servicios con los que ya tiene a su disposicin, generando servicios novedosos en poco tiempo y con costos mnimos [16]. Esta cooperacin y la Plataforma de Entrega de Servicios que brinda IMS son fundamentales en la creacin de servicios de comunicaciones avanzadas [16]. IMS describe en conjunto cmo usar varias tecnologas para la creacin de una Plataforma de Entrega de Servicios. Adems de IPv6, IMS hace uso del Protocolo de Inicializacin de Sesin (Session Initiation Protocol: SIP) para el manejo de sesiones y la implementacin de sealizacin. Maneja los flujos multimedia con los protocolos Real-Time Transport Protocol (RTP) y Real-Time Transport Control Protocol (RTCP). Utiliza varios otros protocolos, pero stos cuatro son los ms relevantes para la creacin de una Plataforma de Entrega de Servicios, ya que brindan los planos de transporte, control y servicio. Los planos de control y transporte se encargan de la negociacin de QoS, autenticacin del usuario y control de la sesin. El plano de servicio define los mecanismos para la ejecucin de servicios de telecomunicaciones bsicas como mensajera, voz, video y presencia. IMS permite migrar el mundo analgico al digital conservando lo mejor de ambos mundos, mejorando el desempeo de los protocolos IP y SIP para aplicaciones multimedia, estableciendo sesiones y brindando la sealizacin carente en IP [48]. Uno de los propsitos de una Plataforma de Entrega de Servicios es facilitar la creacin de nuevos servicios proporcionando bloques bsicos adaptables. La manera que IMS permite tal creacin es por medio de Servidores de Aplicaciones (Application Servers: AS), los cuales forman los bloques de servicio que

3

1.1. Antecedentes


componen la plataforma. La creacin de servicios se convierte en la tarea de ensamblar distintos AS de una manera original, generando servicios novedosos. Este modelo permiti las innovaciones que tenemos hoy en da en el Internet. IMS, al contar con un AS de presencia que registre las preferencias y localizacin del usuario, cuenta con una gran herramienta que permite la creacin de servicios personalizados. La negociacin de protocolos entre el Equipo Terminal del Usuario (User Equipment: UE) e IMS permite que la red sea ms inteligente y detecte desde la interfaz que utiliza el usuario hasta la red fsica desde donde acede a los servicios, dicha informacin permite optimizar los flujos y servicios que le ofrece al usuario, habilitando un trato personalizado al usuario. La red se volver transparente hacia el usuario, logrando cumplir uno de los objetivos de la convergencia digital en NGN. Los operadores, al adoptar IMS como su infraestructura para NGN, gozan de dos principales beneficios: (1) no tendrn que dar mantenimiento a dos redes, la analgica y digital; (2) aumentarn sus ingresos debido a las facilidades de innovacin que brinda un sistema abierto como es el Internet. Los usuarios al ver realizada la convergencia y la amplia gama de nuevos servicios encontrarn nuevas maneras de explotar las facilidades que brinda IMS [14]. Al facilitar sustancialmente la creacin de nuevos servicios IMS podr, adems de brindar una mejora en QoS, tambin ofrecer una mejor Calidad de Experiencia (Quality of Experience: QoE), con un mayor catlogo de servicios [18]. La principal motivacin para implementar IMS es que ofrece grandes ventajas, tanto para los consumidores como para los operadores. IMS es el primer paso hacia la convergencia total, permitiendo un mejora en la calidad de servicio y el contenido ofrecido al usuario final. La mayora de los operadores tienen planeado migrar su infraestructura hacia IMS para finales del 2011 [15, 33] lo cual dar vida a NGN y redes mviles de Cuarta Generacin (4G). En el 2006 se tena proyectado que se invertira la cantidad de 10.1 mil millones de dlares en la investigacin y desarrollo de IMS [15]. Afortunadamente, instituciones como el Fraunhofer Institute for Open Communications Systems (FOKUS) estn desarrollando implementaciones del ncleo IMS usando Software Libre y Abierto (Free and Open Source Software: FOSS) lo que permite a cualquiera probar las funcionalidades de IMS en sus propios laboratorios. FOKUS, adems de contar con un prototipo de la implementacin ms novedosa de IMS, se ve respaldada por las inversiones de grandes empresas como HP, T-Mobile, NTT DoCoMo, Ericsson, Intel y OpenCloud, entre otras.

4

1.2. Objetivo


1.2.

Objetivo

El objetivo de este trabajo de tesis es desarrollar y ofrecer servicios personalizados de multimedia con la ayuda de Servicios Basados en Localizacin (Location Based Services: LBS) explotando los distintos bloques de servicio que provee IMS. Dichos servicios se ofrecen sobre una maqueta IMS construida a partir de herramientas FOSS.

1.3.

Alcance

La maqueta se construy a partir de herramientas FOSS ya existentes como son Open IMS Core elaborado por el Fraunhofer Institute for Open Communications Systems (FOKUS) y se utiliz el cliente IMS desarrollado por el Communications Research Group de la Universidad de Cape Town (UCT). Se ofrecen servicios con la ayuda de diversos AS. La construccin de la maqueta se llev a cabo en el Laboratorio de Redes Avanzadas del Instituto Tecnolgico Autnomo de Mxico (ITAM). Los servicios personalizados desarrollados son ofrecidos en tiempo real hacia clientes IMS, los cuales se encuentran en diversas computadoras donde se simula su movimiento mediante actualizaciones en sus coordenadas geogrficas.

1.4.

Justificacin

La tendencia que siguen los modelos NGN hacia un mundo Todo-IP ha remarcado las carencias que posee el protocolo IP para soportar el transporte de multimedia, ofrecer QoS, seguridad, confiabilidad y diversas otras habilidades ya existentes en redes de conmutacin de circuitos como PSTN. IMS surge como la solucin a los problemas de sealizacin presentes en un mundo Todo-IP, permitiendo la implementacin eficiente de servicios convergentes [52]. IMS permite el rpido despliegue de servicios novedosos con tecnologas existentes. Tambin, promueve la convergencia en todas las capas del modelo de Interconexin de Sistemas Abiertos (Open Systems Interconnection: OSI), ya que la entrega de los servicios es independiente de la tecnologa usada en la capa fsica y el dispositivo que lo accede [19]. Sin embargo, actualmente el simple hecho de tener todos los servicios sobre IP, no es suficiente para la adopcin masiva de IMS [52]. En vista de atraer

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1.5. Trabajos Relacionados


al pblico hacia un operador que ha invertido en IMS, se requiere ofrecer servicios novedosos que explotan la infraestructura que ste brinda. El propsito de este trabajo es explorar la factibilidad de ofrecer servicios novedoso usando las herramientas que brinda IMS, enfocndose sobre servicios personalizados de multimedia. Como se haba mencionado, los servicios personalizados basados en localizacin toman ventaja de la red transparente que aporta IMS y presentan una nueva manera de interactuar con el usuario. La importancia que presentan los LBS bajo este contexto motiv su implementacin dentro de IMS, en vez de conformarse por cualquier otro tipo de servicio factible bajo IMS. La construccin de la maqueta IMS, adems de proporcionar la base y las herramientas necesarias que facilitan la creacin de los servicios personalizados a realizar, tambin trae una aportacin adicional a la comunidad ITAM. Permitir la exploracin del modelo NGN tanto para los propsitos de este proyecto como para proyectos futuros que requieran de dicha infraestructura. Aquellos interesados podrn apoyarse sobre el trabajo realizado en este proyecto, ya sea para agregarle funcionalidad o bien como un ambiente de pruebas sobre el cual realizar futuros proyectos.

1.5.

Trabajos Relacionados

En el 2006 Lian Wu y Anders Hagelskjr Aasgaard [58] abordan el tema de migracin de servicios empresariales de Voz sobre IP (Voice over IP: VoIP) y SIP a soluciones IMS en su Tesis de Maestra. Se enfocan en definir las principales diferencias entre la implementacin y el diseo de soluciones empresariales y cmo stas se pueden integrar al funcionamiento de IMS. Mencionan los problemas de interconexin y compatibilidad al momento de que las soluciones empresariales hacen uso de la infraestructura de un operador IMS. Se concentran en resolver especficamente el escenario donde el usuario desea acceder a los soluciones de su empresa pero se encuentra registrado con un operador IMS. Proponen un plan de trabajo que incorpora cuatro soluciones que se implementan bajo tres etapas de migracin dependiendo de la cantidad de operadores IMS en funcionamiento. En la primer etapa casi no hay operadores IMS y la solucin consiste en redirigir la sesin del usuario hacia la empresa. En la segunda etapa existen algunos operadores IMS y se proponen dos soluciones. La primera con un UE inteligente que le notifica a la empresa acerca de su cambio de estatus.

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1.5. Trabajos Relacionados


La segunda requiere de un convenio entre la empresa y el operador donde la presencia del usuario se comparte entre ambos. En la tercer etapa la mayora de los operadores tienen una infraestructura IMS. La solucin de esta ltima etapa consiste en hacer uso del filtrado de servicios empleado por IMS para habilitar la entrega de las soluciones empresariales al usuario. Wu y Aasgaard proponen, ms no implementan estas soluciones. Sin embargo, su anlisis demuestra su factibilidad bajo las etapas de migracin que plantean. La Tesis de Maestra de Fei Yao [59] aborda el tema de la interoperabilidad entre las herramientas OpenIMS Core y Asterisk al momento de ofrecer soluciones empresariales de VoIP. Yao se basa en el trabajo de [58] para implementar la solucin del UE inteligente que presentada en la segunda etapa de migracin. Analiza los problemas de compatibilidad originados bajo este contexto y se enfoca en evaluar la funcionalidad y rendimiento de OpenIMS Core. Logra implementar parcialmente la solucin ya que logra registrar clientes SIP dentro de IMS, pero no pudo habilitar la entrega de servicios empresariales. La Seccin 3.3 describe a mayor detalle los problemas que se enfrent Yao y cmo se lograron solucionar en este trabajo de tesis. En el 2008 Leonard Broman [12] describe como implementar el prototipo de una plataforma IMS en su Tesis de Maestra. Tiene como objetivo implementar y evaluar la mayora de las funcionalidades posibles dentro de su maqueta IMS. La maqueta la logra construir a partir de herramientas FOSS. Utiliza OpenIMS Core como el ncleo. Hace uso de la herramienta OpenSER para probar que se puede integrar servicios de presencia existentes dentro de IMS. OpenXCAP es utilizado para administrar grupos de usuarios. Finalmente, implementa un mdulo de mensajera instantnea como un AS. Broman demuestra que es posible construir una maqueta IMS a partir de estas herramientas y se encarga de analizar los efectos que tienen los dispositivos de Traduccin de Direcciones de Red (Network Address Translation: NAT) ante esta infraestructura. En el 2008 Agata Brajdic, Ozren Lapcevic, Maja Matijasevic y Miran Mosmondor [10] publican un artculo acerca de cmo construir un servicio LBS dentro de la infraestructura de IMS. Integran servicios de localizacin y presencia para formar un servicio de un Sticky-Note Virtual [10]. Dicho LBS se compone a partir de la integracin de herramientas existentes, ya sea disponibles al pblico o bien implementadas previamente por alguno de ellos. Publican este artculo como prueba de concepto para demostrar que la integracin de servicios en IMS se puede realizar de manera prctica.

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1.6. Organizacin del Documento


1.6.

Organizacin del Documento

Captulo 1: Introduccin al tema de tesis y sus antecedentes. Se expone el objetivo, alcance y justificacin del proyecto. Captulo 2: Definicin y marco terico de NGN, IMS y LBS. Se exponen los distintos modelos de entrega de servicio, y cual de estos se requiere para desplegar IMS. Finalmente, presenta la importancia que poseen los servicios personalizados en la convergencia digital. Captulo 3: Diseo e implementacin de la maqueta IMS. Se detallan los objetivos y componentes que requiere la maqueta para proporcionar un ambiente de pruebas que sirve para desarrollar los servicios personalizados implementados en este trabajo de tesis. Captulo 4: Expone el diseo de alto nivel de los servicios personalizados, basando el funcionamiento de stos en servicios LBS. Se describen los casos de uso bajo que atacan los servicios desarrollados y se presenta un esquema para su tarificacin Captulo 5: Describe las herramientas utilizadas en la implementacin de los servicios, los obstculos enfrentados y como se resolvieron. Tambin se describe los cambios requeridos por la maqueta para incluir los servicios personalizados. Captulo 6: Conclusiones, resultados y trabajo futuro. Se presentan puntos de partida para mejorar tanto la maqueta como los servicios personalizados desarrollados. Captulo 7: Listado de las referencias bibliogrficas usadas en la escritura de este documento. Apndice A: Detalla de manera general la instalacin de la maqueta IMS a partir de cero. Incluyendo la instalacin y configuracin de todos los componentes de la maqueta. Apndice B: Detalla de los cambios requeridos por el dominio IMS y el cliente para interactuar con los servicios LBS. Tambin incluye los pasos para iniciar los servicios y configurar las actualizaciones de localizacin.

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Captulo 2

Marco ConceptualEste Captulo presenta un bosquejo de Redes de Siguiente Generacin (Next Generation Networks: NGN), IP Multimedia Subsystem (IMS) y Servicios Basados en Localizacin (Location Based Services: LBS), as como los distintos modelos y protocolos que componen dichos conceptos. Se presentan las relaciones existentes entre cada uno de sus elementos y cmo stos en conjunto permiten dar un paso adelante hacia la convergencia y los servicios personalizados.

2.1.

Redes de Siguiente Generacin

En el mundo actual existen dos principales proveedores de servicios de telecomunicaciones: los operadores y los Proveedores de Servicios de Internet (Internet Service Providers: ISPs) [43], cada uno con sus respectivas ventajas y desventajas en la entrega de servicios. Los operadores poseen la infraestructura fsica para ofrecer servicios de telecomunicaciones y la capacidad de garantizar la entrega de servicios. Este grupo se compone por empresas que ofrecen televisin restringida, telefona fija y mvil; sus redes se basan en la conmutacin de circuitos, lo que permite un control de los contenidos y garantas sobre niveles de calidad y disponibilidad. El segundo grupo se diferencia en que los ISPs no necesariamente poseen una infraestructura fsica, por lo que generalmente utilizan la infraestructura de los operadores para ofrecer servicios a los usuarios finales; trabajan sobre una red basada en la conmutacin de paquetes. Los ISPs, en contraste a los operadores, no ofrecen servicios, sino que los usuarios poseen la 9

2.1. Redes de Siguiente Generacin

Captulo 2. Marco Conceptual

libertad de acceder a servicios de terceros, donde pagan una renta mensual fija independiente del servicio que hayan accedido. Las polticas de cobranza accesibles presentadas por los ISPs han abierto un nuevo medio por el cual los negocios puedan alcanzar a sus clientes [48]. El nivel de desarrollo de servicios y aplicaciones atractivos sobre Internet ha sido gigantesco. La falta de restricciones de interconexin en Internet ha producido una enorme gama de servicios. Lamentablemente la entrega de dichos servicios no puede ser garantizada bajo el esquema actual de infraestructura de redes por la naturaleza del Protocolo de Internet (Internet Protocol: IP). IP trabaja bajo la nocin de mejor esfuerzo. Esto es, enva paquetes con la esperanza de que stos lleguen a su destino, sin embargo, no ofrece una manera de garantizar la entrega correcta en el tiempo, ni la integridad de los paquetes. Por consiguiente, los ISPs no cuentan con herramientas que permita garantizar la Calidad de Servicio (Quality of Service: QoS) entre distintas redes [14, 48]. Las nuevas generaciones de usuarios no solo exigen la convergencia, sino que tambin han cambiado las reglas que seguan los operadores al modificar los trminos y expresiones que ellos mismos empleaban [48]. El trmino acceso ya no significa lo mismo que antes; anteriormente se refera al tipo de tecnologa que conectaba el usuario con la red del operador, ahora significa tener acceso a las preferencias, informacin y servicios del usuario. El usuario espera que la red sea inteligente, que tenga la capacidad de reconocerlo como persona y no como un dispositivo ms donde tiene la misma informacin repetida en distintos formatos. Espera que la red se adapte a sus necesidades; la red deber responder al trfico que genera y no viceversa. La movilidad ha pasado a la historia y ha sido sustituido por la ubicuidad; trmino usado para expresar la interconectividad transparente entre los diversos dispositivos del usuario, as como la informacin que pueden desplegar [48]. La tecnologa de acceso se vuelve irrelevante para el usuario; ste espera tener acceso a sus diversas fuentes de informacin sin importar el dispositivo que utilice, ni desde dnde lo utiliza. Surge el trmino de Calidad de Experiencia (Quality of Experience: QoE) donde el usuario califica la calidad de la red segn lo agradable que sea interactuar con el. La QoE se logra a travs de una solucin integrada de servicio y soporte al cliente que deja satisfecho al cliente. sta no puede medirse como la QoS. Surge la demanda de servicios y multimedia personalizado. Ya no se desea la difusin masiva de contenidos que un empresario cree que el usuario quiere ver, sino contenido personalizado que se entregue nicamente a quienes lo deseen. Las expectativas de las nuevas generaciones de usuarios, junto con los proble-

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2.1.1. Definicin


mas de competencia que presentan los ISPs han obligado los operadores a buscar una alternativa a su modelo de negocio actual. Si continan con un modelo de negocio moribundo, los operadores estn destinados a volverse nicamente redes de acceso [16]. Para evitar esto los operadores se encuentran con los siguientes retos: (1) convertirse en ms que simples ISPs y (2) aplicar un modelo de negocio que se base en las necesidades de los clientes [43]. Las redes actuales no permiten vencer estos obstculos. Primero se tiene que cambiar el mtodo utilizado para desplegar servicios, sto se explicar ms a fondo en las Secciones 2.2 y 2.3. Las NGN proponen un nuevo modelo de red inteligente capaz de adaptarse a las necesidades de sus usuarios, no al revs. La red se volver transparente y permitir cumplir con las exigencias presentadas por la convergencia.

2.1.1.

Definicin

El trmino NGN es usado con creciente frecuencia en el mundo de las telecomunicaciones. Sin embargo su definicin es tan amplia que permite distintas interpretaciones. Esto presenta una ventaja en el sentido de que no limita una NGN a una cierta arquitectura fsica. Por otro lado, exto ha permitido que los operadores propongan sus distintas infraestructuras como NGN. La Unin Internacional de Telecomunicaciones (International Telecommunications Union: ITU) propone la siguiente definicin de NGN: Una red basada en la conmutacin de paquetes capaz de proveer servicios de telecomunicaciones y aprovechar el uso de banda ancha y QoS, donde las funciones de servicio sean independientes de las tecnologas de transporte. Ofrece el acceso sin restricciones a distintos proveedores de servicios. Soporta movilidad donde los usuarios cuentan con servicios ubicuos y continuos provenientes desde sus proveedores de servicios. [28] Adems, una NGN debe tener la capacidad de: (1) independizar el acceso a la red al proveer interfaces abiertas; (2) separar los planos de sealizacin y transporte; (3) manejar una variedad de esquemas de identificacin que pueden ser traducidas a direcciones IP la cuales pueden ser enrutadas dentro de redes IP; (4) permitir convergencia de servicios entre telefona mvil y fija; (5) independencia entre los servicios y las tecnologas de transporte; (6) cumplir con requerimientos regulatorios como son las llamadas de emergencia, la seguridad y privacidad.

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2.1.2. Arquitectura NGN


2.1.2.

Arquitectura NGN

Como ya se ha mencionado, las redes NGN no poseen una arquitectura fsica que las caracterice, sin embargo, poseen una arquitectura lgica que sirve como gua para su implementacin. La Figura 2.1 muestra el diagrama de dicha arquitectura. En el lado izquierdo del diagrama se ubica el Equipo Terminal del Usuario (User Equipment: UE) y las funciones de mantenimiento; del lado derecho se encuentran otras redes, ya que las NGNs tienen que saber cmo interactuar con otras redes mientras sean una minora. Lo primero que especifica este nuevo modelo es la separacin del plano de servicio y transporte con la finalidad de hacer los servicios independientes de los protocolos de transporte.

Figura 2.1: Arquitectura NGN [29]

2.1.2.1.

Plano de Transporte

Adems de ser el responsable de llevar a cabo el transporte de informacin dentro de la red, el plano de transporte debe permitir la interconectividad con otras redes va interfaces abiertas. Se descompone en dos subsistemas el Network Attachment Subsystem (NASS) y Resource and Administration Control Subsystem (RACS) [43]. NASS es responsable de establecer las reglas con las cuales se comunica el UE con la red [43]. Esto se logra mediante la autenticacin y autorizacin de 12

2.1.2. Arquitectura NGN


las configuraciones del UE junto con la asignacin dinmica y reservacin de recursos va IP. NASS es el encargado de configurar la red en funcin de las necesidades del UE. RACS se encarga de reservar los recursos que requiere el UE, as como la administracin y control de dichos recursos [43]. RACS esencialmente es el encargado de establecer las polticas entre los planos de sealizacin, multimedia y distintos gateways para lograr reservar los recursos que requiere el usuario. Adems es el responsable de administrar la creacin y destruccin de dichos recursos de manera ptima. El funcionamiento de RACS es mucho ms extenso y especfico que el funcionamiento de NASS. Sin embargo, la descripcin de dicho subsistema no es esencial dentro del desarrollo de ste trabajo de tesis, por lo cual no se entrar a mayor detalle. 2.1.2.2. Plano de Servicio

Lo revolucionario de NGN es la separacin del plano de servicio del plano de transporte. Ha dado vida a una nueva manera de desarrollar y ofrecer servicios donde el despliegue de stos no requiere la construccin desde cero de una infraestructura diseada especficamente para dichos servicios [43]. Este concepto se profundizar en la Seccin 2.2. El plano de servicio de NGN se divide en dos principales secciones: (1) el perfil de los usuarios y (2) subsistemas encargados de ofrecer los servicios. La convergencia requiere una red inteligente que identifique a usuarios y no a dispositivos. Despus de todo, los usuarios, vistos desde el punto de vista de la red, son un conjunto de UEs con un determinado numero de servicios disponibles y preferencias que describen cmo desean la entrega de los servicios segn el dispositivo con el cual se conectan a la red. Por esta razn se incluye el perfil de los usuarios en el plano de servicio. Es el encargado de almacenar toda la informacin acerca del usuario, incluyendo el los servicios a los que est suscrito y sus preferencias en cuanto a la interaccin deseada con la red. Los subsistemas con los que cuenta una NGN para cambiar radicalmente la entrega de servicios son el subsistema PSTN/ISDN Emulation and Simulation (PES), IMS y otros subsistemas. stos ltimos no estn definidos dentro de la arquitectura NGN, pero pueden ser cualquier subsistema capaz de ofrecer servicios. PES, como su nombre lo dice, se encarga de emular y simular los servicios digitales que ofrece la telefona tradicional. La simulacin permite a clientes que cuentan con el Protocolo de Inicializacin de Sesin (Session Initiation Protocol:

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2.1.3. Transicin Hacia NGN


SIP) tener acceso a servicios de la Red Telefnica Tradicional (Public Switched Telephone Network: PSTN) y Red Digital de Servicios Integrados (Integrated Services Digital Network: ISDN), mientras que la emulacin permite lo contrario: que clientes PSTN/ISDN tengan acceso a servicios nicamente disponibles a clientes SIP [43]. IMS es un subsistema esencial dentro de NGN, ya que es el responsable de ofrecer servicios multimedia va sesiones SIP; sin la ayuda de IMS no se puede emular ni simular servicios PSTN/ISDN de una manera sencilla. Adems, logra la convergencia en las capas de servicio, control y conectividad dentro la red [19]. Permite la interconectividad de redes y servicios con interfaces y tecnologas abiertas. Es una Plataforma de Entrega de Servicios que permite el desarrollo y despliegue rpido de nuevos servicios novedosos (las distintas plataformas de entrega de servicios se explican con mayor profundidad en la Seccin 2.2).

2.1.3.

Transicin Hacia NGN

Las redes actuales fueron desarrolladas para proveer servicios especficos. La alta dependencia que poseen dichos servicios a su red de origen complica la tarea de migrarlos a otras redes. Por eso, la creacin (o migracin) de nuevos servicios han sido ofrecidos como valor agregado y no garantizan la calidad ni disponibilidad que ofrecen sus contrapartes. El proceso de adaptar flujos nuevos a redes viejas obliga los operadores a seguir una tendencia donde sus ingresos son dedicados al mantenimiento a su reds y a realizar parches a los protocolos de transporte; esta tendencia no basta en el modelo NGN, los ingresos de los operadores debern ser usados para desarrollar servicios atractivos y mejorar los servicios actuales [43, 48]. Esto presenta un enorme obstculo para las redes NGN. Afortunadamente, nuevas tecnologas, particularmente aquellas que trabajan sobre IP, han permitido avances enormes para disminuir la brecha de convergencia de servicios, incluyendo mayor ancho de banda y acceso mvil inalmbrico. Las NGNs cambiarn el modelo de negocios actual. Para lograr esto se requiere una Plataforma de Entrega de Servicios que sea capaz de soportar mltiples tipos de flujos y atenderlos adecuadamente (este nuevo paradigma se presenta en la Seccin 2.2). El nuevo modelo debe satisfacer y mejorar una QoE hacia el usuario, no concentrarse en mantener una QoS que el proveedor aprecia y el usuario no. Para lograr la transicin hacia NGNs los operadores deben seguir los siguientes pasos [43]:

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2.2. Modelos de Entrega de Servicio


Paso 1 Convergencia: Tener la habilidad de ofrecer cualquier tipo de servicio en cualquier tipo de infraestructura de red (mejor conocido como convergencia de servicios). Incrementar el ancho de banda disponible a los usuarios y permitir el acceso ubicuo. Este punto prcticamente se ha realizado [43]. Paso 2 Migracin a IP: Tener la capacidad de ofrecer todos los servicios bajo IP en un ambiente donde ste pueda ser manejable para garantizar la entrega de servicios y permita adems manejar calidad y seguridad. Falta poco para lograr que todos los operadores pasen a este punto [43]. Con la ayuda de IMS esto se puede agilizar. Paso 3 Creacin de Planos NGN: Este es el paso que los operadores planean concluir para finales del 2011 [15, 33], consiste en separar el plano de servicio del plano de transporte. Despus el plano de servicio debe contar con una plataforma que permita el desarrollo rpido y eficiente de nuevos servicios.

2.2.

Modelos de Entrega de Servicio

Antes de poder introducir el nuevo modelo para ofrecer servicios del cual se ha estado haciendo referencia en este documento, es esencial profundizar sobre el que ha operado hasta hoy en da: el modelo vertical (tambin conocido como el Sndrome Silo). El diseo de los servicios comienza desde las capas ms bajas donde se van desarrollando las funciones bsicas que conforman el servicio, stas se van colocando una sobre la otra hasta formar el servicio que se desea ofrecer [11]. La Figura 2.2 ayuda a visualizar mejor esta composicin. En otras palabras, el diseo y construccin de un nuevo servicio se lleva a cabo empezando siempre desde cero. La estructura del servicio forma un silo donde el diseo y funcionamiento de cada capa es altamente dependiente de sus capas inferiores y superiores. El sndrome silo es el responsable de la falta de innovacin que se observa en los ambientes cerrados de los operadores. La alta dependencia entre los mdulos (o capas) de los silos dificulta hasta los cambios ms mnimos; de hecho, dichas modificaciones son tan complejas que no valen la pena, y no suelen ser llevadas a cabo. Al crear esta alta dependencia, los silos se aislan imposibilitando compartir informacin entre ellos. Muchas veces, a pesar de ofrecer servicios distintos, los

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2.2. Modelos de Entrega de Servicio


Figura 2.2: Modelo Vertical (Sndrome Silo) [11] silos comparten la misma informacin. Esta redundancia de informacin, adems de desperdiciar recursos, genera problemas administrativos, ya que no hay manera de saber el silo que contiene los datos ms recientes de los usuarios. Adems, al no poder reutilizar elementos de silos ya existentes, se genera ms trabajo para los desarrolladores de servicios. La optimizacin y mejoras a los silos no se pueden implementar de otra manera ms que empezando desde cero, esto retrasa la creacin y adopcin de mejores servicios. Lo ms relevante para los operadores es que el sndrome silo les proporciona enormes Gastos de Capital (Capital Expenditure: CAPEX) y Gastos de Operacin (Operational Expenditure: OPEX) debido a que cada silo requiere de especialistas que sepan cmo trabaja para darle mantenimiento. Gran parte de los ingresos actuales de los operadores se invierten en mantener silos que se derrumban ante exigencias que ya no logran cumplir. La manera de solucionar los problemas que presenta el sndrome silo es con un modelo horizontal que integre todos los posibles mdulos de los silos a un mismo nivel, permitiendo un acceso fcil a ellos donde la creacin de nuevos servicios o aplicaciones sea la simple tarea de juntar los mdulos en distintas combinaciones [11]. La Figura 2.3 ejemplifica este cambio con un diagrama. Al contar con todas las herramientas para la creacin de servicios, el modelo horizontal se convierte en una plataforma cuya funcin es agilizar la creacin y

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2.3. IP Multimedia Subsystem


Figura 2.3: Modelo Horizontal (Plataforma de Entrega de Servicios) [18] despliegue de servicios.

2.3.

IP Multimedia Subsystem

IMS es la Plataforma de Entrega de Servicios ideal para pasar a un modelo horizontal ya que cuenta con funciones genricas que pueden ser utilizadas por cualquier servicio dentro de una red [19]. Dichas funciones genricas no requieren de especialistas en silos; basta con tener el conocimiento genrico de los servicios, no el conocimiento de la infraestructura sobre la que trabajan [18]. IMS es el elemento crucial para lograr la transicin hacia las NGNs. Forma la primer propuesta por parte de la Open Mobile Alliance (OMA) para la creacin de una Plataforma de Entrega de Servicios capaz de manejar distintos flujos en la red. Es el encargado de administrar, enrutar e interconectar NGNs con la pluralidad existente de redes actuales con interfaces abiertas. IMS permitir minimizar los costos de los operadores y las tarifas de los usuarios al reducir el CAPEX y el OPEX. Adems, acelera la innovacin de servicios, al reducir el Tiempo de Lanzamiento al Mercado (Time to Market: TTM), contando con bloques de servicio que son mezclados para la creacin de nuevas aplicaciones. Esta Seccin presenta cmo IMS permite agilizar la transicin hacia la convergencia digital y los elementos que aporta en esta crucial tarea; adems se explica cmo este forma una Plataforma de Entrega de Servicios y las tecnologas en las que se basa para lograrlo.

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2.3.1. Orgenes de IMS


2.3.1.

Orgenes de IMS

A pesar de ser un principal catalizador para el despliegue de redes NGN, IMS [13, 5] fue creado bajo la visin de los operadores de telefona mvil. Surge como una solucin para integrar servicios del Internet con redes de telefona mvil. Su propsito es formar una arquitectura independiente del medio de acceso que permita la interconexin con los usuarios de la telefona fija y mvil [38]. A diferencia de los sistemas celulares de Tercera Generacin (3G) que ya cuentan con conectividad hacia Internet, IMS busca una mejor integracin que permita el control de QoS en el tipo de contenido que se le entrega al usuario. IMS fue diseado para controlar sesiones de multimedia entre usuarios, as como brindarle al operador la capacidad de adaptar su modelo de negocio para cobrar adecuadamente segn el contenido que consuma el usuario, asegurando una QoE y una reduccin de precios con un nuevo modelo de negocios. Diversas organizaciones han sido atradas por la visin de IMS, algunas trabajando en conjunto para aportar mejoras tecnolgicas, mientras que otras han adaptado el modelo a sus propias necesidades. Por ejemplo, la versin de Third Generation Partnership Project 2 (3GPP2) parte de las especificaciones de IMS Release 5 y modifica nicamente las especificaciones acerca de la tecnologa de acceso [14]. En cambio el Internet Engineering Task Force (IEFT) con la ayuda del Third Generation Partnership Project (3GPP), han definido el funcionamiento de IMS con tecnologas abiertas. OMA ha situado a IMS como una pieza fundamental en su modelo de una Plataforma de Entrega de Servicios [11]. La maduracin de IMS ha adoptado cuatro objetivos principales: (1) combinar las ltimas tendencias tecnolgicas; (2) lograr el paradigma del internet mvil; (3) la creacin de una plataforma comn que permita la creacin de servicios multimedia; (4) la creacin de un mecanismo que aumente ingresos debido a su uso en redes mviles [14].

2.3.2.

Arquitectura IMS

Gracias a que 3GPP no estandariza nodos sino funciones, la arquitectura de IMS consiste en una coleccin de funciones unidas por interfaces abiertas estandarizadas [14]. Estas funciones pueden ser vistas como una conglomeracin de funciones, o bien situadas dentro del plano lgico que las describe. IMS se encarga del transporte y sealizacin de sesiones multimedia; adems provee las herramientas necesarias para formar una Plataforma de Entrega de Servicios al tener definidas funciones para ciertos servicios y aplicaciones bsicas. Algunas 18

2.3.2. Arquitectura IMS


de las funciones que ofrece IMS son:

Figura 2.4: Arquitectura IMS [19]

1. Bases de datos que contienen informacin del usuario, as como los servicios que tiene habilitado. Uno de ellos es representado por Home Subscriber Server (HSS) en la Figura 2.4. 2. Control de llamadas y sesiones capaz de ofrecer telefona tradicional bajo el dominio IP. Forman el ncleo de IMS al controlar los flujos existentes dentro de l. Se emplea primordialmente en establecer reglas de ruteo. Son representados por Call/Service Control Function (CSCF) en la Figura 2.4. 3. Servidores de Aplicaciones (Application Servers: AS) que forman bloques bsicos capaces de ofrecer distintos servicios de telecomunicaciones. Representados por el plano de servicios de la Figura 2.4, entre ellos se encuentran servicios de telefona, correo de voz, videoconferencias, video en demanda y presencia, entre otros. 4. Funciones de pasarela (gateway) hacia PSTN, como hacia otras redes. Representados por Media Gateway Control Function (MGCF) y Media Gateway (MGW) en la Figura 2.4.

19

2.3.3. Componentes IMS


5. Funciones para controlar, procesar y transportar multimedia. stas no se logran apreciar en la Figura 2.4, pero se sitan en los planos de control y conectividad. Existe una definicin para cada una de las interfaces abiertas que interconectan las distintas funciones de IMS. Como la descripcin de cada una de estas interfaces esta fuera de los objetivos de esta tesis, se mencionar nicamente que estas interfaces se dividen en tres principales grupos, cada uno encargado de lo siguiente: 1. Transporte de multimedia, que se logra con la ayuda de distintos protocolos dependiendo del dispositivo que accede al servicio. Dichos protocolos podran ser Real-Time Transport Protocol (RTP) o H.323. 2. Sealizacin entre las funciones y el UE que permite establecer una sesin SIP con el usuario. 3. Autenticacin, Autorizacin y Contabilizacin (Authentication, Authorization and Accounting: AAA) que garantiza una comunicacin segura entre el usuario y sus servicios, o bien entre distintas funciones que requieren mtodos sofisticados para asegurar la autenticidad de la sealizacin intercambiada. Dicho proceso de AAA se logra con la ayuda del protocolo Diameter.

2.3.3.

Componentes IMS

Para lograr una mejor comprensin de IMS y su funcionamiento no es necesario explicar cada uno de los elementos que conforman su arquitectura. Basta con profundizar sobre los componentes que forman el ncleo de IMS en el plano de control e interconexin (HSS y CSCF) y los componentes que forman el plano de servicios (AS). 2.3.3.1. Repositorios de Informacin

El Home Subscriber Server (HSS) registra toda la informacin acerca de los usuarios y servicios dentro de un dominio IMS [14, 38]. El HSS registra todos los distintos perfiles, identidades y credenciales que conforman los usuarios para realizar AAA; adems contiene informacin acerca de los distintos servicios

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que tienen habilitados as como el Serving-CSCF (S-CSCF) al que se registraron, permitiendo saber su punto de conexin y habilitar servicios de itinerancia (roaming). En cuanto a los servicios, contiene reglas para permitir o negar su acceso de manera automtica. Para permitir la interconexin con distintas redes tambin cuenta con parmetros de calidad que permiten la comunicacin exitosa entre clientes de distintas tecnologas de acceso [38]. En caso de que un solo HSS no tenga la capacidad de almacenar toda esta informacin se cuenta con un Service Location Function (SLF) el cual es una simple relacin entre los usuarios y servicios cuya administracin se delega al HSS. Esto permite escalar la funcionalidad de los repositorios de informacin al repartir los registros entre varis HSS y administrar los registros mediante un SLF. 2.3.3.2. CSCF

Call/Service Control Function (CSCF) es la funcin que controla las llamadas y sesiones dentro de IMS. Se encarga de establecer, destruir y enrutar llamadas, tratando stas como sesiones SIP. Por s solo proporciona un ambiente para ofrecer servicios de telefona tradicional dentro del dominio IP. Junto con HSS forma el ncleo de IMS el cual permite migrar la telefona tradicional del mundo de circuitos al mundo de paquetes. Para cumplir con esta tarea exigente CSCF se descompone en tres funciones especializadas: Proxy-CSCF (P-CSCF), Interrogating-CSCF (I-CSCF), y S-CSCF. 2.3.3.3. P-CSCF

Proxy-CSCF (P-CSCF) acta como un proxy SIP entre el UE y el dominio IMS [14]. Tiene cuatro principales funciones las cuales son empleadas para comenzar y finalizar la comunicacin entre el UE y el dominio IMS. Se encarga de realizar la compresin del protocolo SIP con el objetivo de minimizar el uso del ancho de banda de la red de acceso. Autentica al usuario, evitndole esta tarea a las dems funciones CSCF al realizar asociaciones de seguridad con Internet Protocol Security (IPSec), permitiendo garantizar la integridad de los mensajes SIP intercambiados. Es el encargado de establecer las polticas que reservan los recursos multimedia necesarios, as como garantizar la QoS solicitada va Policy Decision Function (PDF). Dado que IMS piensa reemplazar la telefona tradicional, se requiere ajustar a las necesidades regulatorias de emergencia (como son llamadas al 911 y servicios de operador) [11]; P-CSCF se encarga de detectar estas llamadas y enrutarlas con el trato especial que exigen [38]. El P-CSCF 21



puede localizarse dentro o fuera del dominio IMS. 2.3.3.4. I-CSCF

Interrogating-CSCF (I-CSCF) se encarga de interrogar las solicitudes generadas por los usuarios con el fin de determinar el dominio IMS o Serving-CSCF (S-CSCF) destino al cual se dirige la sesin para ser atendida exitosamente; dentro de esta capacidad se incluye la obtencin del nombre del siguiente elemento que atender la solicitud. Adicionalmente determina si el S-CSCF cuenta con la capacidad necesaria para atender las solicitudes despues de consultar con el HSS [38]. El I-CSCF normalmente se encuentra en las orillas de cada dominio IMS, aunque es posible que se encuentre fuera del dominio. Cuando se decide ocultar la topologa de la red mediante tcnicas Topology Hiding Internetwork Gateway (THIG), el I-CSCF se encarga de encriptar los encabezados correspondientes [14]. 2.3.3.5. S-CSCF

Serving-CSCF (S-CSCF) es la funcin ms importante del CSCF ya que se encargada de enrutar las llamadas y sesiones hacia su destino final. Adems de que se encarga de comunicar al usuario con el AS (salvo aquel que fue contactado por el I-CSCF). Primeramente verifica la autenticidad de los usuarios consultando al HSS, despus registra la localizacin del usuario en el HSS haciendo un mapeo entre la direccin IP del que acede el usuario y su identidad pblica, finalmente verifica que el usuario tenga activado el servicio al cual desea acceder [38]. 2.3.3.6. Servidores de Aplicaciones

Los Servidores de Aplicaciones (Application Servers: AS) componen el plano de servicios y aplicaciones de IMS. Su definicin es genrica con la finalidad de impulsar la creacin de nuevos servicios y aplicaciones atractivas. A pesar de que frecuentemente manejan diversos protocolos para habilitar la entrega de contenidos especficos, hacen uso de SIP y el Protocolo de Descripcin de Sesin (Session Description Protocol: SDP) para permitir entablar una comunicacin exitosa con S-CSCF y establecer sesiones con sus usuarios registrados. El cambio fundamental entre los AS y los servicios de Internet disponibles en la actualidad es que los primeros poseen la habilidad de incorporarse a IMS con

22

2.3.4. Usuarios dentro de IMS


la ayuda de SIP, mientras que los segundos carecen de esta funcionalidad. Los AS proporcionan los bloques bsicos que ofrecen servicios de telecomunicaciones dentro de IMS y permiten tapizar el plano de servicio con una rica gama de nuevas herramientas (como mensajera, voz, video y presencia) para la creacin de nuevos servicios con un mnimo esfuerzo. La creacin de servicios se convierte en la tarea de juntar distintos AS de una manera original, generando servicios novedosos.

2.3.4.

Usuarios dentro de IMS

Toda red requiere identificar de manera nica a sus usuarios [14], en particular si tiene como objetivo mejorar la QoE como es el caso de IMS. Anteriormente PSTN empleaba los nmeros telefnicos para identificar a sus usuarios. Bajo el esquema de IMS los usuarios se identifican mediante Perfiles, los cuales se componen de al menos una Identificacin Privada de Usuario y un Perfil de Servicio [38]. Adems, los usuarios dentro de IMS poseen dos tipos de identificaciones: la pblica y la privada. 2.3.4.1. Identificacin Pblica de Usuario

La Identificacin Pblica de Usuario es aquella que se conoce fuera del dominio IMS del operador. En otras palabras, es la manera en que el usuario se identifica ante el mundo. Esto permite que un usuario pueda utilizar varios UEs con distintas funcionalidades y capacidades con la misma cuenta de usuario [38]. Estos se componen de al menos un Telephone Universal Resource Identifier (TEL-URI) [45] o bien un Session Initiation Protocol Universal Resource Identifier (SIP-URI) [14]. El formato de SIP-URI se presenta en la Seccin 2.3.6.2. Dentro de IMS las identificaciones pblicas son empleadas para enrutar sealizacin SIP [14]. Se pueden registrar simultneamente varias identificaciones pblicas de manera implcita, ahorrando ancho de banda y recursos de red [14]. Adems esto permite utilizar el mismo UE con distintas identificacines simultneamente. 2.3.4.2. Identificacin Privada de Usuario

La Identificacin Privada de Usuario es aquella que nicamente es conocida por el dominio IMS del operador [38]. Es empleada para realizar la autenticacin y suscripcin [14]. Dado que son empleadas primordialmente entre los UEs y el 23

2.3.5. Tarificacin


operador, stas pueden o no ser conocidas por el usuario [14]. Es importante mencionar que la Identificacin Privada no identifica al usuario, como lo hace la Identificacin Pblica, sino que identifica su subscripcin dentro del dominio IMS [38]. Un usuario puede poseer varias Identificaciones Pblicas, mientras que nicamente puede poseer una Identificacin Privada [14], ya que sta posee una subscripcin con el operador y puede tener distintos UEs para acceder a sus servicios. A partir del Release 6 de IMS, un usuario puede tener ms de una subscripcin, pero se contina respetando la relacin N:M entre las Identificaciones Pblicas (N) y Privadas (M), donde N > M. 2.3.4.3. Perfil de Servicio

El Perfil de Servicio es un conjunto de informacin almacenado dentro del HSS que detalla los servicios que tiene registrado el usuario [38]. Dicha informacin es intercambiada entre el HSS y S-CSCF cuando un usuario solicita acceder a cualquier servicio; nicamente le provee el servicio a los usuarios que cumplen con los criterios definidos [38]. El perfil de servicio se descompone en tres principales atributos [38]: 1. Identificacin Pblica: SIP-URI que identifica al servicio 2. Autorizacin de Servicio: reglas definiendo quienes pueden acceder al servicio 3. Criterio de Filtrado Inicial (Initial Filter Criteria: iFC): reglas empleadas por S-CSCF para determinar la ruta hacia el AS que surte dicho servicio, as como las condiciones en las que se puede acceder al servicio

2.3.5.

Tarificacin

IMS tiene la ambiciosa tarea de establecer distintas polticas de cobranza para los diversos escenarios que se le pueden presentar. Esta Seccin har una breve descripcin de los distintos esquemas de tarificacin soportados por IMS en su Release 6 presentados en Julio del 2005. 2.3.5.1. Tarificacin Fuera de Lnea

La Tarificacin Fuera de Lnea (Offline Charging), es aquella encargada de cobrar por un servicio despus de que se haya consumido. En otras palabras, 24

2.3.6. Tecnologas y Protocolos Usados


es un proceso que se encarga de obtener las variables de tarificacin despus de que se haya concluido una sesin [38]. Adems, no interfiere en tiempo real con dicha sesin [38]. Este esquema puede ser utilizado al momento de generar peridicamente una factura que se le cobra al usuario. 2.3.5.2. Tarificacin En Lnea

La Tarificacin En Lnea (Online Charging), es aquella encargada de cobrar por un servicio en tiempo real. El propsito de este esquema de tarificacin es validar la cuenta financiera del usuario antes de permitirle el acceso a los servicios o recursos de IMS [38]. Este esquema normalmente es usado al momento de cobrar por servicios de pre-pagado. 2.3.5.3. Tarificacin Basada en Flujos

La Tarificacin Basada en Flujos (Flow-based Charging), es presentada por IMS para establecer un esquema de tarificacin granular [38]. Este esquema permite cobrar por flujos de servicio identificados por filtros de servicio [38]. Posteriormente se pueden aplicar polticas de cobranza especializadas para dichos flujos de servicio [38]. Este esquema puede ser aprovechado para definir polticas de cobranza especializadas dependiendo del tipo de servicio que consuma el usuario.

2.3.6.

Tecnologas y Protocolos Usados

La construccin de los componentes IMS se realiza con tecnologas abiertas tomadas del mundo del Internet. IETF y 3GPP trabajan en conjunto para mejorar las carencias actuales de estas tecnologas. El uso de los protocolos descritos en esta Seccin proporciona los planos de transporte, control y servicio que requiere IMS. Es importante mencionar que IMS, al trabajar sobre una red Todo-IP tambin puede trabajar con cualquier protocolo que est diseado para su uso sobre IP. 2.3.6.1. IPv6

IMS fue concebido con el Protocolo de Internet versin 6 (Internet Protocol v6: IPv6) en mente por dos principales razones: (1) su adopcin masiva iba a requerir ms direcciones de las disponibles bajo el Protocolo de Internet versin

25



4 (Internet Protocol v4: IPv4); (2) requerira del uso de direcciones pblicas para evitar los problemas que enfrentaban los protocolos SIP y RTP en presencia de dispositivos de Traduccin de Direcciones de Red (Network Address Translation: NAT) [14]. Aunque por necesidades de mercado a partir del Release 6 se incorpora compatibilidad con IPv4 [14], a pesar de que las decisiones y mejoras a IMS son tomadas suponiendo el uso de IPv6. Actualmente el principal problema de IMS sobre IPv4 se presenta al enfrentarse con dispositivos NAT. Aunque existen soluciones como bien lo demuestran [12, 58, 59] ya sea mediante configuraciones especficas para cada cliente, o bien utilizando el mismo NAT como gateway, el futuro de IMS depende de la transicin hacia IPv6. Quizs la adopcin masiva de IMS ayude a lograr la transicin hacia IPv6 en las empresas. 2.3.6.2. SIP

Los orgenes de SIP [25, 41] se remontan a 1992 cuando el IETF decidi conveniente realizar conferencias de multimedia sobre el protocolo IP; en 1996 es usado con bastante frecuencia para realizar seminarios y conferencias; en 1999 se extiende su funcionalidad para realizar la sealizacin de Voz sobre IP (Voice over IP: VoIP) [38]. SIP fue creado como un protocolo muy bsico, que debido a su facilidad de uso y posibilidad de aadirle extensiones se convierte en el protocolo con la larga historia que tiene hoy en da y difcil documentacin. En cuanto a su relevancia en IMS, SIP es el encargado de realizar toda la sealizacin entre las funciones IMS que no requieren de AAA. El funcionamiento de SIP se basa en el HyperText Transfer Protocol (HTTP) [21], donde la comunicacin se realiza mediante solicitudes (Request) y respuestas (Response) entre cliente y servidor [14]. Los mensajes SIP siguen el formato que muestra la Figura 2.5. La primer lnea del mensaje SIP contiene el mtodo solicitado o bien su estatus dependiendo si ste es un Request o Response. El Cuadro 2.2 profundiza sobre los mtodos que soporta SIP, mientras que el Cuadro 2.1 muestra los valores de estado de los mensajes. Despus se incluyen los encabezados obligatorios que identifican la sesin adems de los encabezados adicionales que pueden ser empleados por el mtodo indicado en la primer lnea del mensaje SIP. Los encabezados de SIP son usados dentro de IMS para establecer reglas definiendo las condiciones donde los servidores de aplicaciones atienden las solicitudes correspondientes. Finalmente los mensajes SIP pueden contener un cuerpo con informacin relacionada con los encabezados; por ejem-

26



Figura 2.5: Formato de Mensaje SIP [37] plo, la notificacin de eventos, mensajes instantneos, y datos de sesin, entre otros [38]. Como se menciona en la Seccin 2.3.4, SIP-URI se emplea dentro del dominio de IMS para las Identidades Pblicas de Usuarios y como direccin lgica dentro de la red. SIP-URI [41] se basa en la sintaxis del Identificador de Recurso Universal (Universal Resource Identifier: URI) [9] para hacer referencia a cualquier elemento nico dentro del mundo IP. La sintaxis es la siguiente: sip:usuario@proveedor:puerto;parametros;encabezados [38] Dicha sintaxis permite identificar instantneamente al usuario, su proveedor de servicios y parmetros adicionales; simplifica el proceso de realizar llamadas Rango 100 - 199 200 - 299 300 - 399 400 - 499 500 - 599 600 - 699 Estatus Provisional (Informational) Success Redirect Client Error Server Error Global Failure Significado muestra informacin adicional mensaje enviado exitosamente mensaje fue redirigido error generado por parte del cliente error generado por parte del servidor error generado globalmente

Cuadro 2.1: Cdigos de Estado SIP 27



Nombre ACK BYE CANCEL INFO INVITE NOTIFY OPTIONS PRACK PUBLISH REGISTER SUBSCRIBE UPDATE MESSAGE REFER

Significado Notifica la aceptacin de un INVITE Concluye la sesin Cancela una solicitud pendiente Transporta sealizacin PSTN Establece una sesin Notifica acerca de eventos ocurridos Solicita las capacidades del servidor Notifica la aceptacin de un Response provisional Sube informacin al servidor Realiza el mapeo entre el SIP-URI y una direccin IP Solicita ser notificado acerca de eventos Modifica alguna caracterstica de las sesiones Contiene un mensaje de texto Indica al servidor enviar un Request Cuadro 2.2: Mtodos SIP

para el usuario, ya que es ms fcil recordar nombres que secuencias de nmeros como son las direcciones IP, o los nmeros telefnicos. Adicionalmente se le puede aadir seguridad a SIP-URI mediante Transport Layer Security (TLS), donde la diferencia en la sintaxis se percibe con el prefijo sips en vez de sip [14, 38]. A pesar de que IMS es criticado por no usar una versin estndar de SIP [31], ste es mejorado va propuestas del 3GPP al IETF para incorporar sus modificaciones de SIP al siguiente Request for Comments (RFC) [14]. Las mejoras que ha incorporado IMS a SIP son el uso de encabezados adicionales describiendo las capacidades del cliente al momento de registrarse con el P-CSCF. Algunos encabezados son: 1. Supported: contiene una lista de los mtodos que soporta el dispositivo 2. Require: contiene una lista de los mtodos que quiere utilizar el cliente para comunicarse 3. Unsupported: contiene un mensaje de error de los mtodos que no soporta el dispositivo; ste es enviado como respuesta al encabezado Require

28



4. Allow: contiene una lista de los mtodos que soporta el dispositivo; ste es enviado como respuesta al encabezado Require 5. History-Info: permite rastrear el origen del mensaje SIP 6. P-Called-Party-ID: permite conservar el Request-URI despues de enrutar los mensajes SIP 2.3.6.3. Session Description Protocol

SDP [7, 24] es un protocolo a nivel de aplicacin encargado de describir sesiones de multimedia [38]. Incluye toda la informacin necesaria para establecer una sesin entre UEs, como son las capacidades de los dispositivos, los protocolos empleados para entregar multimedia y los puertos de comunicacin [14, 38]. Por s solo SDP no puede ser un protocolo ya que nicamente es una descripcin de propiedades de sesin en forma de texto [14], por eso se incorpora dentro del cuerpo de los mensajes INVITE de SIP que establecen la sesin. Contiene tres tipos de informacin: 1. Descripcin de Sesin: contiene informacin correspondiente al nivel de sesin como las direcciones IP y datos de usuarios [38]. 2. Descripcin de Tiempo: contiene tiempos de inicio, fin y nmero de repeticiones permitidas para indicar si la sesin est activa y la cantidad de veces que se pueden retransmitir mensajes [38]. 3. Tipo y Formato de Multimedia: contiene informacin de multimedia, puertos empleados, y otros parmetros propios del tipo multimedia [38]. 2.3.6.4. Diameter

Diameter [13] es desarrollado por el IETF para lograr las funciones de AAA [38]. En IMS es usado para garantizar una comunicacin y sealizacin confiable entre algunas funciones de IMS. Tambin se emplea por el S-CSCF para realizar funciones AAA con el UE. SIP junto con Diameter forman el plano de control de IMS, encargados de negociaciar la QoS, autenticacin del usuario y control de sesiones.

29

2.4. Servicios Basados en Localizacin


2.3.6.5.

RTP/RTCP y H.323

Real-Time Transport Protocol (RTP) [47] y Real-Time Transport Control Protocol (RTCP) [47] se encargan en conjunto de la entrega, monitoreo y QoS de multimedia sobre IP. H.323 [30, 46] tambin tiene el mismo objetivo, con la diferencia de que fue desarrollado por la ITU y no el IETF. Ambos son usados bajo IMS para transportar multimedia; el uso de uno u otro depende de la red de acceso en la cual se encuentra el usuario. 2.3.6.6. IPSec y TLS

Juntos Internet Protocol Security (IPSec) [32] y Transport Layer Security (TLS) [17] son usados dentro del dominio IMS para garantizar la integridad y confiabilidad de los mensajes en el plano de control. TLS, basado en Secure Socket Layer (SSL) [23], es usado primordialmente para proteger los mensajes SIP entre las distintas funciones IMS, as como aadirle seguridad a cualquier tipo de informacin que viaje por la red [14]. IPSec a su vez se especializa en agregar seguridad a los mensajes intercambiados entre el UE y los gateways [38].

2.4.

Servicios Basados en Localizacin

La localizacin se conoce como la distancia geomtrica entre un punto en un momento dado y un punto de referencia predeterminado, el mtodo de referencia con mayor aceptacin mundial es el uso de coordenadas geogrficas [26]. Por obvio que parezca, los usuarios mviles siempre han requerido de servicios adicionales que conozcan su localizacin. Por ejemplo, establecer las reglas de hand-over entre clulas, o permitir el servicio de roaming entre distintos operadores. Trasladando el concepto de localizacin a servicios de alto nivel se puede ofrecer servicios muy atractivos; es ms, con la modificacin apropiada, incluso se pueden ofrecer servicios personalizados. Los Servicios Basados en Localizacin (Location Based Services: LBS) son aquellos cuyo funcionamiento o modo de operacin depende de la localizacin del usuario [11]. En el caso de las NGN, los LBS son empleados desde el escenario ms simple donde toma decisiones a partir de la red de acceso en la que se encuentra el UE hasta los escenarios ms complejos donde el usuario consume distintos servicios y contenidos personalizados dependiendo de sus actividades sociales y laborales.

30

2.4.1. Mtodos de Localizacin


Un ejemplo prctico e ilustrativo de un LBS es el concepto de un StickyNote Virtual [10]. Este servicio enva un Mensaje Corto (Short Message Service: SMS) [4] a aquellos que entran a una rea determinada de la empresa con el objetivo de comunicar informacin pertinente a esa rea por un determinado perodo de tiempo. Este tipo de servicios tienen un enorme potencial para ofrecer servicios personalizados. Al saber los servicios que normalmente consume el usuario en ciertas reas geogrficas se podrn ofrecer servicios en funcin del comportamiento del usuario, logrando una personalizacin en los servicios.

2.4.1.

Mtodos de Localizacin

Debido a que no todos los LBS requieren del mismo grado de precisin ni poseen la misma tolerancia al retardo, se han desarrollado diversos mtodos de localizacin [26]. Actualmente existen cuatro principales metodologas: (1) preguntarle al usuario, (2) el Sistema de Posicionamiento Global (Global Positioning System: GPS), (3) apoyndose en las redes de acceso o (4) una combinacin de (2) y (3) [26]. El primer punto lo descartamos ya que es imposible que el usuario conozca su localizacin sin utilizar alguno de los otros puntos. 2.4.1.1. GPS

GPS funciona con base en 24 satlites en seis rbitas distintas y cinco estaciones de monitoreo esparcidos por el globo terrqueo [26]. En cada rbita circulan cuatro satlites. En cualquier momento, el UE del usuario puede recibir seales de por lo menos cinco y a lo ms once satlites a la vez [44]. Su funcionamiento es bastante sencillo, ya que a partir de las seales que reciben de los satlites el UE calcula distancias y estimaciones de posicin y tiempo en un proceso llamado trilateracin [44]. La lgica es que se conoce tanto la distancia entre la tierra y los satlites as como su localizacin en el espacio, por lo cual determinar la localizacin del UE requiere de un simple clculo [26]. Desarrollado por el Departamento de Defensa de Estados Unidos, permite estimaciones precisas de localizacin. 2.4.1.2. Asistida Va Red Celular

Otra popular alternativa es con la ayuda de la red telefnica celular. Las estaciones base (antenas) celulares no cambian de lugar, su localizacin es fija, por lo cual se puede hacer uso de varias tcnicas que permitan localizar los 31

2.4.2. Presencia


Figura 2.6: Localizacin Relativa Usando la Sectorizacin de Antenas usuarios de telefona celular. Sabiendo el identificador de la estacin base que atiende al UE, y el retardo que experimenta la comunicacin entre ellos se puede determinar la distancia entre el usuario y la estacin, conociendo su localizacin con un cierto grado de error [26]. Adems la sectorizacin de las antenas permite conocer la orientacin del usuario con respecto a la estacin base y mejorar la precisin en el clculo de su localizacin [26]. El rea sombreada de la Figura 2.6 muestra la posible localizacin de un usuario utilizando este mtodo. 2.4.1.3. Asistida Va Puntos de Acceso

El Sistema de Posicionamiento Inalmbrico (Wireless Positioning System: WPS) se apoya sobre los AS de las redes inalmbricas para obtener la localizacin del usuario [26]. Obviamente se requiere conocer previamente la localizacin de los Puntos de Acceso (Access Points: APs). stos generalmente estn registrados en una base de datos mantenida por especialistas de datos encargados de recolectar dicha informacin. Haciendo uso de un algoritmo bastante complejo se puede calcular la localizacin del usuario con un buen nivel de precisin [26].

2.4.2.

Presencia

Presencia se puede definir como la conectividad de una persona [11]. Dicha conectividad en el mundo de IMS se representa como el perfil dinmico del usuario usado para representarse, controlar servicios y compartir informacin [38]. El concepto de presencia tiene su origen en el Internet con los chats donde los usuarios notifican a los dems su estado de disponibilidad con el fin de

32

2.4.3. XDMS


lograr una comunicacin ms personal en un ambiente poco personal [14]. La presencia de los usuarios en el mbito NGN define al usuario y permite que la red sea inteligente en cuanto al reconocimiento del usuario (en particular su presencia) y no sus UEs. Con este conocimiento, la red posee la capacidad de volverse transparente hacia el usuario cumpliendo uno de los objetivos de NGN. Lo atractivo de IMS, y por consecuencia de NGN, es que permite ofrecer LBS con la ayuda de AS que ofrezcan servicios de presencia. Estos servicios consisten en el manejo de perfiles de presencia (conocidos como presentity o presentidad) [14, 38], administran permisos para ver la presentidad de los usuarios, y adems tienen la capacidad de manejar informacin personalizada relacionado con servicios adicionales.

2.4.3.

XDMS

XML Document Manager Server (XDMS) [27] es el servidor encargado de ofrecer servicios de presencia. Este servidor funciona como un repositorio de informacin que administra los Formato de Documentos de Presencia (Presence Information Data Format: PIDF)s y los documentos de presencia de los usuarios. Para interactuar exitosamente con usuarios dentro del contexto de IMS, XDMS

Figura 2.7: Servidor de Presencia

33

2.4.4. Documento de Presencia


es implementado como un AS que soporta XML Configuration Access Protocol (XCAP) y Resouce List Server (RLS). La Figura 2.7 muestra la relacin existente entre todos los componentes que conforman un XDMS. Conociendo con precisin los datos que almacena XDMS, as como su funcionamiento, fcilmente se pueden disear y desarrollar servicios personalizados.

2.4.4.

Documento de Presencia

El servidor de presencia guarda toda su informacin en archivos eXtensible Markup Language (XML) que describen tanto la presentidad de los usuarios como las polticas que definen su uso dentro del servidor de presencia [14]. El Formato de Documentos de Presencia (Presence Information Data Format: PIDF) [50] es un archivo Definicin Esquema de XML (XML Schema Definition: XSD) que define el uso y configuracin de los documentos de presencia. El Cuadro 2.3 muestra un ejemplo del formato que siguen los documentos de presencia. Estos documentos emplean un modelo minimalista en cuanto a que nicamente registran la informacin necesaria con el fin de permitir una fcil reutilizacin con otros protocolos y proveen una alta flexibilidad en cuanto al tipo de informacin que contienen [14]. Los PIDF definen tres principales atributos de las presentidades:1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 open tel :+525556284000

Cuadro 2.3: Ejemplo de Documento de Presencia

Servicio: Dependiendo del servicio que tenga activado se le pueden ofrecer al usuario distintas modalidades de operacin y contenidos [14]. Dispositivo: Da conocer el UE usado por el usuario para acceder a la red, sirve 34

2.4.5. XCAP


para determinar los tipos de contenidos que est dispuesto a recibir, o bien las facilidades con las que cuenta ese dispositivo [14]. Persona: Muestra el estado de nimo del usuario, lo cual impacta directamente en su disposicin para entablar una conversacin [14]. Esto generalmente se traduce en un mensaje que refleja la disponibilidad del usuario.

2.4.5.

XCAP

La diversidad de protocolos existentes para el intercambio de informacin es una verdadera pesadilla, lo cual da lugar a la creacin de un protocolo sencillo que utiliza tecnologas igualmente sencillas para admini

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