どこでもIMSの技術仕様
どこでもIMSは、3GPP TS 23.228をはじめとする業界標準に準拠しています。以下は主要な技術的側面の概要です。
アーキテクチャ
IMSアーキテクチャは、アプリケーション層、制御層、トランスポート層に分かれ、スケーラビリティ、柔軟性、拡張性のために標準化されたインターフェースを備えています。アクセスに依存せず、GPRS、EPS、5GS、信頼できないWLANなどのIP接続アクセスネットワーク（IP-CAN）をサポートします。ベアラー、セッション制御、サービスの各レベルを分離し、NATトラバーサル、ボーダー制御、最適メディアルーティング（OMR）の仕組みを備えています。
主要機能エンティティ
| エンティティ | 役割 | 配置 | 備考 |
|---|---|---|---|
| P-CSCF | UEシグナリングの入口、SIP転送、NATトラバーサル、QoS認可、緊急・優先セッション。 | 在圏またはホーム | IPv4/IPv6相互運用をサポート、WebRTC向けに拡張。 |
| I-CSCF | 着信SIPリクエストを処理し、ルーティングのためにHSSに問い合わせ。 | ホーム | トランジットルーティングおよびSBI統合をサポート。 |
| S-CSCF | 中核となるセッション制御、登録、サービス起動。 | ホーム | セッション状態を保持、GRUU割り当てをサポート。 |
| AS | サービスロジックをホストし、会議・メッセージング用のPSIをサポート。 | ホームまたはサードパーティ | SIP B2BUAとして動作、データオフ免除サービスを適用。 |
| HSS | 加入者データ、認証情報、位置情報を保存。 | ホーム | CSCFおよびASと接続、5GS向けにSBIをサポート。 |
| BGCF | PSTN/CSドメインへのセッションルーティング。 | ホーム | プロトコル情報に基づいてMGCFを選択。 |
| MGCF | PSTNとの接続、メディア用MGWの制御。 | ホーム | SIPとISUP/BICCを相互変換。 |
| MRFC / MRFP | メディアリソースを制御し、ミキシング・アナウンスを処理。 | ホーム | トランスコーディングおよびフロア制御をサポート。 |
| IMS-AGW | メディアフロー、NATトラバーサル、リソース割り当てを管理。 | 在圏またはホーム | DTLS-SRTPによりWebRTC向けに拡張。 |
| TrGW | メディア転送・トランスコーディングを処理。 | ホームまたはボーダー | IBCFが制御、OMRでバイパス可能。 |
| IBCF | ボーダー制御、トポロジー秘匿。 | ボーダー | II-NNIをサポート。 |
| ePDG | 信頼できないWLANからの安全なアクセス。 | 在圏 | P-GWと接続、5GSにも対応。 |
| WWSF | WebRTCアクセス用のUI/JSを提供。 | ホームまたはサードパーティ | HTTPSアクセスをサポート。 |
| WAF | WebRTC用の認可トークンを発行。 | ホーム | Web認証をサポート。 |
参照ポイント／インターフェース
| インターフェース | 用途 | プロトコル | 備考 |
|---|---|---|---|
| Gm | UEからP-CSCFへの登録・セッション制御。 | SIP (TCP/UDP) | WebRTC（W2）向けに拡張。 |
| Mw | CSCF間のSIPシグナリング。 | SIP | IMS内シグナリング。 |
| Cx | CSCFからHSSへのプロファイル・認証。 | Diameter | 5GSではSBIにマッピング。 |
| Sh | ASからHSSへのデータ管理。 | Diameter | 透過データをサポート。 |
| ISC | S-CSCFからASへのサービス制御。 | SIP | メディア用のB2BUA。 |
| Dx / Dh | CSCF/ASからSLFへのHSS解決。 | Diameter | 複数HSS構成向け。 |
| Iq | P-CSCFからIMSアクセスゲートウェイへのNAT制御。 | 実装依存 | IPv4/IPv6をサポート。 |
| Ix | IBCFからTrGWへのメディア制御。 | H.248 | II-NNI向け。 |
| Mx | CSCFからIBCFへのボーダー制御。 | SIP | トポロジー秘匿。 |
| Mm | CSCF/IMS-ALGから外部IPネットワークへ。 | SIP | 相互接続の入口・出口。 |
| Ici | IMSネットワーク間のSIP（IBCF）。 | SIP | II-NNIシグナリング。 |
| Izi | IMSネットワーク間のメディア（TrGW）。 | RTP/RTCP | メディア転送。 |
| Mg | MGCFからCSCFへのPSTN向けSIP。 | SIP | ISUP/BICC変換。 |
| Mi | CSCFからBGCFへのPSTNルーティング。 | SIP | ブレイクアウトルーティング。 |
| Mj | BGCFからMGCFへのセッションルーティング。 | SIP | PSTN選択。 |
| Mk | BGCF/IMS-ALGからBGCFへのトランジット。 | SIP | 複雑なルーティング。 |
| Mr / Mr′ | MRFCからMRFPへのメディア制御。 | SIP / H.248 | 会議。 |
| Cr | ASからMRFCへのメディアリソース要求。 | SIP | AS起点の制御。 |
| Mp | MRFCからMRFPへのベアラー制御。 | H.248 | メディアミキシング。 |
| Rx / N5 | P-CSCFからPCF/PCRFへのQoS制御。 | Diameter / SBI | リソース予約。 |
| Ut | UEからASへのサービス設定。 | HTTP (XCAP) | グループ管理、サービス設定。 |
| W1 | UEからWWSFへのUIダウンロード。 | HTTPS | WebRTCアクセス。 |
| W2 | UEからeP-CSCFへのWebSocket経由SIP。 | SIP over WebSocket | セキュアなシグナリング。 |
| W3 | UEからeIMS-AGWへのメディア。 | RTP/RTCP, DTLS-SRTP | NATトラバーサル。 |
| W4 | WWSFからWAFへのトークン。 | 実装依存 | 認可。 |
| W5 | WAFからeP-CSCFへのシグナリング。 | 実装依存 | WebRTCセキュリティ。 |
| S2b | ePDGからP-GWへのWLANアクセス。 | GTP-C / GTP-U | 非3GPPアクセス統合。 |
| N6 | 5GSユーザープレーン上のメディア。 | IP | QoSフロー。 |
プロトコル
- シグナリング
- SIP（RFC 3261）とその拡張（GRUU、PSI、MPS、NATトラバーサル：Outbound RFC 5626、ICE RFC 5245）。Cx/ShインターフェースにはDiameter。
- メディア
- 転送にRTP/RTCP、保護にSRTP、鍵交換にDTLS、データチャネル（MSRP、BFCP、T.140）にSCTP。
- 制御と相互接続
- メディア交渉にSDP、MGW/MRFP制御にH.248、PSTN相互接続にSS7/MGCP。
- DTMF
- MGWによるトーン生成・検出を用いたインバンドシグナリング。
- QoS
- Rx/N5を介したPCCによるリソース予約。
機能
- マルチメディアサービス： 音声（VoLTE/VoNR）、ビデオ（ViLTE）、テキストメッセージ、会議、コラボレーション。
- セッション制御： 登録、確立、保留・再開、解放、即時およびセッションベースのメッセージング。
- WebRTCサポート： eP-CSCF、eIMS-AGW、WWSF/WAFを介したセキュアなアクセス。
- 緊急セッション： 優先処理と位置情報の取得。
- ローミング： ホームルーティング、ローカルブレイクアウト、トランジット。
- 相互接続： PSTN（MGCF/MGW経由）、外部IMS/SIPネットワーク（IBCF/TrGW経由）。
- ポリシーとAAA： ポリシーベースのQoS、認証・認可・アカウンティング。
- クラウドネイティブサービス： RCS、VoWiFi、VoBBなど。
セッション制御手順
| 手順 | 説明 | 備考 |
|---|---|---|
| 登録 | UEがP-CSCFにREGISTERを送信し、I/S-CSCFへ転送、HSSへ問い合わせ。暗黙登録とGRUUをサポート。 | 複数登録、再登録・登録解除。 |
| セッション確立 | 発信・着信のINVITE/SDP、QoS認可、OMRによるルーティング。 | MO/MT、PSTN、ASシナリオをサポート。 |
| 保留・再開 | SDPを更新したre-INVITEによるメディアの保留・再開。 | モバイル間・PSTN、NAT処理。 |
| セッション解放 | UEまたはネットワーク起点のBYEによる解放とリソースの解除。 | カバレッジ喪失にも対応。 |
| 即時メッセージング | 登録・未登録のIDへのメッセージ、ASによるフィルタリング。 | PSIによる複数宛先。 |
| セッションベースのメッセージング | メッセージングセッションのSDP交渉、MSRP転送。 | チャットグループ、ポリシー適用。 |
| 会議・チャット | MRFC/MRFPによるメディア制御とメッセージ配信。 | コーデックのトランスコーディング。 |
| 緊急セッション | P-CSCFでの優先処理、PCRF/PCFを介したQoS。 | 法規制上の位置情報に対応。 |
| セッション中のシグナリング | re-INVITEによるコーデック変更、メディア調整。 | ポリシー・QoSの継続性。 |
セキュリティ
- 認証
- HSSを介したIMS-AKA、WebRTC向けのWeb認証。
- NATトラバーサル
- IMS-ALG、ICE、STUN/TURN、Outbound。
- 保護
- シグナリングのTLS・IPsec、過負荷制御、P-CSCF/S-CSCFでのポリシー適用。
- ネットワークドメインセキュリティ
- TS 33.210に準拠。
他ネットワークとの統合
| ネットワーク | 統合の内容 | 主要エンティティ・手順 |
|---|---|---|
| PSTN | BGCF/MGCFを介したルーティング、SIPとISUP/BICCの変換、メディアトランスコーディング・DTMF。 | MGCF/MGWによる相互接続、SS7/MGCP。 |
| インターネット／外部IMS | IBCF/TrGWによるボーダー制御、II-NNI（Ici/Izi）。 | シグナリング・メディアにSIP/RTP、トポロジー秘匿。 |
| 5G | 5GC（AMF、SMF、UPF、PCF）との統合、N5/N70/N71/NhssによるSBI。 | N6を介したQoSフロー、ローミング対応。 |
規格準拠
- 3GPP
- Release 5〜18（例：アーキテクチャのTS 23.228、SIP/SDPのTS 24.229、Cx/DxのTS 29.228、IxのTS 29.162）。
- IETF RFC
- SIP（3261）、SDP、RTP/RTCP、Diameter、H.248、ICE（5245）、Outbound（5626）、STUN（5389）。
展開オプション
- 仮想化
- VMware/KVM上のNFV。
- コンテナ
- Kubernetesによるクラウドネイティブなスケーリング。
- ベアメタル
- 高性能なオンプレミス構成向け。
- 対応ネットワーク
- 4G/5Gモバイル、Wi-Fi、固定、MSOネットワーク。再利用可能なコンポーネントでCAPEX/OPEXを削減。
パフォーマンスと利点
- スケーラビリティ
- NFVの水平スケーリングにより数十から数百万ユーザーまで対応。
- 遅延
- VoLTE/VoNRの呼設定で50ms未満、URLLCをサポート。
- セキュリティ
- TLS/IPsec、AKA認証、合法的傍受。
- 利点
- ベンダー非依存、サービス相互接続、QoS保証、レガシー網からオールIPへの移行。
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