O documento discute o IMS como solução de convergência para redes heterogêneas, apresentando sua arquitetura e componentes, experimentos relevantes sobre IPTV no IMS e conclusões sobre a viabilidade do IMS para distribuição de serviços IPTV interativos.

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IMS – IP Multimedia Subsystem como
solução de convergência para redes
heterogêneas
Rivaldo Guedes Corrêa Jr

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Agenda:
 O que é o IMS – IP Multimedia Subsystem?
 Qual a motivação da pesquisa?
 Tecnologias de acesso.
 Características e componentes do IMS.
 Experimentos.
 Conclusão.

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Figura 1 – O IMS. Fonte: Performance Technologies (www.pc.com)

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Poderia o IP Multimedia Subsystem
prover um framework para distribuição e gerência
de serviços IPTV interativos?

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Tabela 1 – Tecnol. Acesso.
Fonte: ABNT NBR 15607-1

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• Suporte a serviço multimídia;
• Conexão orientada a sessão;
• Rede orientada a pacote com convergência de
voz e dados;
• Mobilidade;
• Convergência Fixo/Móvel de serviços e operação
da rede;
• Base de Dados centralizada para simplificação de
operação.
Características Principais

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O IMS Core
Figura 2 – IMS Core. Fonte: The IMS Jungle
(www.theimsjungle.wordpress.com)

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Home Subscriber Server – HSS: é a entidade (ou nó) que contém
a base de dados de todos os usuários de um domínio IMS. Essa
entidade contém todas as informações relacionadas ao assinante
necessárias para o estabelecimento de uma sessão multimídia, tais
como localização, segurança, perfil (serviços alocados para o
assinante) e o S-CSCF alocado para o assinante.
O IMS Core

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Call/Session Control Function – CSCF: as Call/Session Control
Functions são as principais entidades de uma infraestrutura IMS,
pois são responsáveis pelo processamento de toda a sinalização SIP.
Existem três tipos de CSCF, classificadas de acordo com as suas
funcionalidades.
O IMS Core

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Proxy-CSCF P-CSCF: Um P-CSCF é alocado para o terminal
durante o seu registro IMS e durante todo o registro o terminal se
comunicará com um único P-CSCF. O PCSCF é responsável por
determinadas funções, algumas das quais relacionadas a
segurança. Ele estabelece, por exemplo, o número de associações
IPsec para um determinado terminal, as quais oferecem garantia
de integridade dos dados trafegados. Uma vez que o P-CSCF
autentica o assinante ele notifica os demais componentes da rede
IMS acerca desse assinante.
O IMS Core

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Interrogating-CSCF I-CSCF: o I-CSCF é um servidor SIP
localizado na borda de um domínio administrativo. Quando um
servidor SIP encaminha uma procedure para localizar o próximo
SIP Hop para uma mensagem em particular, o endereço do I-CSCF
no domínio de destino é obtido a partir de um servidor DNS do
domínio. O I-CSCF é responsável por localizar e alocar o S-CSCF
que dará tratamento à mensagem recebida no domínio de destino.
Por esta razão o I-CSCF trata todo o tráfego recebido de um
domínio 'estrangeiro'. O I-CSCF possui uma interface Diameter
com o HSS e com o SLF. Com isso ele recupera as informações de
localização do assinante e efetua o roteamento da requisição SIP
para o S-CSCF..
O IMS Core

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Serving-CSCF S-CSCF: Trata-se essencialmente de um servidor
SIP que executa controle de sessão. Atua também como um
registrador SIP. O objetivo desse registro é estabelecer uma
correlação entre a localização do terminal e o respectivo endereço
de registro SIP (ou PUI). Assim como o I-CSCF, o S-CSCF
implementa uma interface Diameter com o HSS e outra com o SLF.
Uma das principais funções do S-CSCF é prover serviço de
roteamento SIP.
O IMS Core

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O registro de um terminal na rede IMS
Figura 3 – Registro IMS. Fonte: IMS Multimedia Telepnony over celular
systems. John Wiley and Sons, 2007.

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EXPERIMENTOS RELEVANES SOBRE O TEMA
MIKOCZY, SIVCHENKO e RAKOCEVIC – 2007
Avaliou a capacidade do sistema de adaptar o QoS da
transmissão às características do terminal utilizado pelo usuário
num cenário IPTV sobre IMS.
Propôs a introdução do MSCF – Media Service Control Function.

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MIKOCZY, SIVCHENKO e RAKOCEVIC – 2007
Figura 4 - Arquitetura dos serviços IPTV. Fonte: ETSI
MSCF

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MIKOCZY, SIVCHENKO e RAKOCEVIC – 2007
Tabela 1: Resultados do experimento

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EXPERIMENTOS RELEVANES SOBRE O TEMA
VINGARZAN e WEIK – 2007Avaliou o comportamento do plano de sinalização para as
seguintes tecnologias de acesso:
- Fast Ethernet
- 802.11g
- HSDPA
- W-CDMA
- GPRS

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VINGARZAN e WEIK – 2007
Figura 5 - Arquitetura de Referência adotada

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VINGARZAN e WEIK – 2007
Tabela 2: Atraso na camada de transporte para registro
Tabela 3: Atraso na camada de transporte para de-registro

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VINGARZAN e WEIK – 2007
Tabela 4: Atraso na camada de transporte para sessão multimídia SIP
Tabela 5: Atraso na camada de transporte para sessão multimídia IMS

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EXPERIMENTOS RELEVANES SOBRE O TEMA
AL-HEZMI, MAGEDANZ, PALLARES e RIEDE – 2008
Avaliou a capacidade de provimento de serviços multimídia a partir de redes de
acesso IP heterogêneas integradas ao IMS.
Elementos importantes foram introduzidos:
 SME para configuração de sessões de VoD e Live TV;
 CME para gerenciamento do ciclo de vida do conteúdo;
 CDCF para a entrega de conteúdo e o provedor de conteúdo.

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AL-HEZMI, MAGEDANZ, PALLARES e RIEDE – 2008
Figura 6 - Arquitetura de Referência adotada. Fonte: ETSI / ITU-T

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AL-HEZMI, MAGEDANZ, PALLARES e RIEDE – 2008
Figura 7 – Topologia do testbed

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AL-HEZMI, MAGEDANZ, PALLARES e RIEDE – 2008
Gráfico 1 – atraso da sessão para 3 cps. Gráfico 2 – atraso da sessão para 5 cps

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AL-HEZMI, MAGEDANZ, PALLARES e RIEDE – 2008
Gráfico 3 – atraso da sessão para 7 cps. Gráfico 4 – atraso da sessão para 10 cps

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AL-HEZMI, MAGEDANZ, PALLARES e RIEDE – 2008
• O atraso da sinalização possui significativa influência no atraso total, dependendo de
quantos nós de rede estão presentes no caminho da comunicação, como por exemplo o
tipo do terminal do usuário, o IMS Core, o SME/CMF e o CDCF.
• O atraso da primeira requisição é sempre maior que o atraso das mensagens seguintes.
Isso ocorre devido a configuração da sessão de retransmissão entre o provedor de
conteúdo (nesse caso o VLC) e o CDCF, e a preparação do pipeline relacionado com o
CDCF.
• O tempo de processamento no SME/CME é penalizado sob certas condições,
particularmente quando já existem conexões ativas no SME (mais de 60 sessões para
taxas de 7 cps e mais de 30 sessões para taxas de 10 cps, de acordo com os gráficos 3 e
4, respectivamente). Isso leva a retransmissão de requisições anteriores após certo
tempo. Como resultado, a taxa real de requisições recebidas pelo SME é muito maior que
7 cps ou 10 cps, e, consequentemente, o atraso cresce exponencialmente.
• Tão logo o tempo de processamento cresce no SME, retransmissões são disparadas pelo
IMS Core bem como pelos nós clientes, mesmo que o pacote tenha sido entregue com
sucesso, uma vez que o timeout da retransmissão é menor que a latência da rede.

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Tendências do Mercado de Telecom
Figura 8 – Hype Cicle. Fonte: Gartner, 2008.

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CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES
 Aderência à padrões e normas internacionais.
 Flexibilidade.
 Plano de sinalização com alta capacidade para integração de
diferentes tipos de terminais de acesso.
 Possibilidade de integração ao IMS Core de todos os elementos
fundamentais para entrega de vídeo com interatividade.
 Facilidade para conexão do playout ao distribuidor de mídia.
 Suporte a web services e content indirection (RFC4483).
 Aderente ao padrão H.761.
 Gerenciamento de QoS.
 Facilidade de adaptação para suportar distribuição por broadcast e
multicast.

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CONCLUSÕES
Os mecanismos para gerenciamento de sessão e para integração de diversos protocolos de
comunicação e de diversas tecnologias de acesso, associados aos mecanismos para
implementação de uma política de segurança (AAA, IPSec, etc.), compactação da sinalização
(SIGComp) e bilhetagem (PCRF), conferem ao IMS a
robustez exigida de uma arquitetura de TI.A sua estrutura oferece mecanismos que permitem a implementação de soluções de
redundância e de alta disponibilidade, características fundamentais para serviços de missão
crítica tais como os aqui tratados.
O fato de se adotar um único protocolo no plano de sinalização (SIP) e a sua independência da
camada de transporte contribui para a redução do número de equipamentos necessários,
simplificando a rede. Como benefício tem-se maior facilidade na administração do parque,
redução dos pontos da falha, redução dos pontos de vulnerabilidade, melhor administração de
usuários e assinantes, minimização da latência da rede e melhoria do processo de bilhetagem.
Indubitavelmente o custo de manutenção dessa rede (OPEX) e de investimento (CAPEX) será
também reduzido.

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TESTBED na indústria e academia
Open Source IMS Core / FOKUS IMS Playground – desenvolvido e mantido pelo Fraunhofer -
Institut für Offene Kommunikations systeme, Alemanha. Escolhido como referência para esse
trabalho por ser o mais utilizado no meio acadêmico.
ArcLabs – desenvolvido e mantido pelo Waterford Institute of Technology, Irlanda.
Beyond 3G – desenvolvido e mantido pela Technische Universität Berlin,Alemanha.
COSMOTE - desenvolvido e mantido pela Cosmote S.A., Grécia.
Exoticus – desenvolvido e mantido pela Alcatel-Lucent Centre de Villarceaux, França.
GENESIS – desenvolvido e mantido pelo Instituto Tecnológico de Aragón, María de Luna, Espanha.
Im@gin lab – desenvolvido e mantido pela Media and Network Cluster Association, França.

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REFERÊNCIAS
[1] Corrêa Jr, Rivaldo G.; Gondim, Paulo R. L. Digital Television and Banking Inclusion in Brazil: Alternatives
to Access Technologies. ICDS'2009 – The Third International Conference on Digital Society. IEEE Computer
Society, 2009.
[2] 3GPP Mobile Group – http://www.3gpp.org.
[3] Al-Hezmi, A.; Carvalho de Gouveia, F.; Sher, M.; Friedrich, O.; Magedanz, T. Provisioning IMS-based
Seamless Triple Play Services over Different Access Networks. 978-1-4244-2066-7/08/IEEE. Technical
University of Berlin, Berlin - Germany, 2008.
[4] Chakraborty, Shyam; Peisa, Janne; Synnergren, Per; Frankkila, Tomas et al. IMS Multimedia Telephony
over Cellular Systems – Voip Evolution in a Converged Telecommunication World. John Wiley & Sons, 2007.
[5] 3GPP TS23.207 Specification. Quality of Service (QoS) Concept and Architecture.
[6] Pan European Laboratory Infraestructure Implementation – http://www.panlab.org.
[7] Fraunhofer Institute for Open Communication Systems – http://www.fraunhofer.de/en.
[8] The Open Source IMS Core – http://www.openimscore.org.
[9] IBM – http://www.ibm.com/developerworks/webservices/library/ws-soa-ipmultisub.

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[11] Mikoczy, Eugen. Next Generation of Multimedia Services – NGN based IPTV Architecture. NGNlab,
Department of Telecommunications, FEI, Slovak University of Technology. Department of Design and
Architecture of Applications, T-Com, Slovak Telekom, a.s. Bratislava, Eslovaquia. IWSSIP' 2008 - 15th
International Conference on Systems, Signals andd Image Processing, 2008.
[12] Bodzinga, Anne; White, Susan. Interworking IPTV Services with IMS. Lucent Technologies. NETWORKS'
2006 - 12th International Telecommunications Network Strategy and Planning Symposium Networks, 2006.
[13] Friedrich, Oliver; Seeliger, Robert; Arbanowski, Stefan. Interactive and Personalized Services for an Open
IMS-based IPTV Infraestructure. Fraunhofer Institute for Open Communication Systems, Berlin, Alemanha.
ICN' 2008 - 7th International Conference on Networking, 2008.
[14] Zahid, Md; Qadeer, Mohamed A; Iqbal, Arshad. Deployment of IPTV over IMS Architecture. Department
of Computing Engineering, Aligarth Muslim University, Aligarth, India. 15th International Conference on High
Performance Computing, 2008.
[15] Mikoczy, Eugen; Sivchenko, Dmitry; Xu, Bangman; Moreno, Jose I. IPTV Services over IMS: Architecture
and Standardization. Slovak Telekom, Deutsche Telekom e University Carlos III de Madrid. IEEE
REFERÊNCIAS

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[17] Al-Hezmi, Adel; Riede, Christian; Friedrich, Oliver; Arbanowski, Stefan; Magedanz, Thomas. Cross-
Fertilization of IMS and IPTV Services Over NGN. Fraunhofer Institute FOKUS, Technical University, Berlin,
Alemanha. INGN' 2008 – Innovations in NGN: Future Network and Services. 1st ITU-T Kaleidoscope Academic
Conference, 2008.
[18] Vingarzan, Dragos; Weik, Peter. IMS Signaling over Current Wireless Networks: Expirements Using the
Open IMS Core. FOKUS Fraunhofer-Institute for Open Communications Systems, Berlin, Alemanha. IEEE
Vehicular Technology Magazine, 2007.
[19] Al-Hezmi, Adel; Magedanz, Thomas; Pallares, Jordi Jaen; Riede, Chirstian. Envolving the Convergence of
Telecommunication and TV Services over NGN. International Journal of Digital Multimedia Broadcasting. 2008.
[20] Steinmetz, R. Human Perception of Jitter and Media Synchronization. IEEE Journal on Selected Areas in
Communication. 1996.
[21] EBU. The Relative Timing of the Sound and Vision Components of a Television Signal. Technical Report
EBU R37-2006, European Broadcasting Union (EBU). 2006.
[22] ETSI TS 182 027 (Draft) – Telecommunications and Internet Converged Services and Protocols for
REFERÊNCIAS

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Rivaldo Guedes Corrêa Jr.
rivaldo.correa@caixa.gov.br
61 3206-5390 - 9645-7707