Das IP Multimedia Subsystem (IMS) ist ein Telekommunikationssystem, das einen standardisierten Zugriff auf Dienste aus unterschiedlichen Netzwerken zum Ziel hat. Spezifiziert wurde es vom 3rd Generation Partnership Project-Gremium (3GPP). IMS verwendet ein All-IP-Netzwerk, bei dem sämtliche Kommunikation IP-basiert erfolgt. Das Basisprotokoll von IMS ist das Session Initiation Protocol (SIP). IMS-Systeme werden vor allem in Mobilfunknetzen eingesetzt. Wesentliche Aufgaben von IMS-Systemen sind: Verbindung von klassischen Netzen (Mobilfunknetze nach GSM- oder UMTS-Standard, herkömmliche analoge oder digitale (ISDN-)Telefonnetze) mit IP-basierten Netzen, die Voice over IP benutzen. Bereitstellen von zusätzlichen Diensten für IP-basierte Netze, z. B. Bereitstellen von Sprachdiensten wie Voice over LTE (VoLTE) oder VoNR. Anbindung zusätzlicher Dienste-Plattformen, z. B. Präsenzdienste, RCS
Ziele Die Grundlagen des IMS werden in den „Technischen Spezifikationen“ der 3GPP Standardisierungsgremien beschrieben. Die Spezifikationen können auf der 3GPP-Website kostenfrei bezogen werden. Die Grundzüge von IMS finden sich in den Spezifikationen 3GPP TS 23.228 und 3GPP TS 23.002 (Gesamtarchitektur) (siehe auch Kapitel IMS-Spezifikationen). IMS bildet auch die Basis für das bei ETSI (European Telecommunications Standards Institute) in der Gruppe TISPAN beschriebene Next Generation Network Release 1.
IMS unterstützt folgende Dienste: paketvermittelte Verbindungen zwischen zwei und mehr Teilnehmern Zusammenarbeit zwischen der leitungsvermittelnden und der paketorientierten Domäne eine Endpunkt–zu–Endpunkt-Aushandlung der Dienstgüte (Quality of Service) dienstabhängige Kostenabrechnung Bereitstellung der Heimnetzumgebung in Fremdnetzen Unterstützung verschiedener Medientypen schnelle und flexible Erstellung von Diensten durch vordefinierte Dienstbausteine („service enabler“) Dienste sollen unabhängig vom Zugangsnetz sein
Geschichte IMS entstand beim 3GPP im Rahmen der UMTS-Standardisierung. Im 2001 veröffentlichten „Release 4“ wurden erste Ideen zu diesen Eigenschaften erläutert. Bereits 2003 kamen mit dem „Release 5“ die ersten Spezifikationen zum IMS. Schon damals wurde das SIP für die Signalisierung benutzt. Die Interoperabilität zum GSM- und GPRS-Netz sollte auch sichergestellt werden. Mit den „Releases“ 6 und 7 kamen dann etliche weitere Eigenschaften hinzu – WLAN und Festnetz als weitere Zugangsnetze sowie DRM, Dienste zur Standortbestimmung, generische Benutzerprofile und weitere.
Architektur gerahmt|zentriert|IMS Architektur Übersicht mini|550px|zentriert|3GPP / TISPAN IMS Architectural Overview – HSS in IMS layer (as by standard)
IMS Funktionsblöcke Ein IMS-System besteht aus bis zu 20 Funktionsblöcken. Diese Funktionsblöcke lassen sich in vier Ebenen zuordnen: Ebene 1: User Plane / Gateways: Funktionen zum Lenken und Bearbeiten des IP-Datenstroms. Der IP-Datenstrom wird über sogenannte Gateways an das IMS-System angebunden. Hierbei gibt es Gateway-Funktionen für Datenschnittstellen zum eigenen IP-basierten Telekommunikationsnetz (IMS-Funktion „Access Transfer Gateway“ ATGW) Datenschnittstellen zu fremden IP-basierten Telekommunikationsnetzen (IMS-Funktion „Interconnect Border Gateway“ I-BGF) Datenschnittstellen zu nicht-IP-basierten Telekommunikationsnetzen (klassische GSM- oder UMTS-Netze, klassisches Festnetz) (IMS-Funktion „Multi Media Gateway“ IM-MGW) Datenschnittstellen zu IMS-internen Datenquellen wie Ansagen, Quellen für herunterzuladende Daten (IMS-Funktion „Multimedia Resource Function Processor“ MRFP) Ebene 2: Control Plane / Gateway-Steuerung: Funktionen zum direkten Steuern und Signalisieren der Datenströme Zu jedem Gateway, das die Datenströme zum und vom IMS-System lenkt, gehört eine Steuereinheit, die diese Datenströme steuert und mit dem eigenen Netz bzw. anderen Netzen Signalisierungsinformationen austauscht. Über diese Signalisierungsschnittstellen werden Informationen zu den Datenpaketen übermittelt, zum Beispiel Informationen über die Teilnehmer (Rufnummer, IP-Adresse, APN), es werden Signale zum Steuern der Gespräche bzw. Sitzungen („sessions“) ausgetauscht (klingeln lassen, Entgegennehmen des Anrufs, Gesprächsende), und es werden laufende Gespräche bzw. „sessions“ überwacht und gesteuert (Gebühreninformationen austauschen, Teilnehmerguthaben prüfen, Verbindungsqualität oder Datenrate garantieren). Hierbei gibt es Funktionen für Signalisierungsschnittstellen zum eigenen IP-basierten Telekommunikationsnetz (IMS-Funktion „Access Transfer Control Function“ ATCF) Signalisierungsschnittstellen zu fremden IP-basierten Telekommunikationsnetzen (IMS-Funktion „Interconnect Border Control Function“ I-BCF) Signalisierungsschnittstellen zu nicht-IP-basierten Telekommunikationsnetzen (klassische GSM- oder UMTS-Netze, klassisches Festnetz) (IMS-Funktion „Media Gateway Control Function“ MGCF) Signalisierungsschnittstellen zu IMS-internen Datenquellen wie Ansagen, Quellen für herunterzuladene Daten (IMS-Funktion „Multimedia Resource Function Controller“ MRFC) Ebene 3: Call Control / Session Control: Funktionen zur Steuerung des Gesprächsablaufs bzw. des „Session“-Ablaufs. In diesen Signalisierungsfunktionen wird der gesamte Ablauf eines Gesprächs bzw. einer Session gesteuert. Hierbei geht es um Funktionen, einen Teilnehmer im eigenen oder in fremden Netzen ausfindig zu machen, zu diesem Teilnehmer ein Gespräch bzw. eine Session aufzubauen, dieses Gespräch, bzw. diese Session zu überwachen und zu steuern und schließlich dieses Gespräch bzw. diese Session wieder abzubauen. Hierbei gibt es Funktionen für Authentifizierung eines Teilnehmers, Festlegen von Teilnehmerprofilen (IMS-Funktion „Proxy Call Session Control Function“ P-CSCF) Suchen eines Teilnehmers in IMS-Netzen (IMS-Funktion „Interrogating-Call Session Control Function“ I-CSCF) Einbuchen eines Teilnehmers und Steuerung seines Gesprächs bzw. seiner Session (IMS-Funktion „Service-Call Session Control Function“ S-CSCF) Steuerung von Notrufen (IMS-Funktion „Emergency-Call Session Control Function“ E-CSCF) Weitergeben des Gesprächs bzw. der Session vom IMS-System zu andern Netzkomponenten. (IMS-Funktion „Breakout Gateway Control Function“ BGCF) Ebene 4: Service-Funktionen: Funktionen zum Einbinden zusätzlicher Dienste in das Gespräch bzw. die Session. Hierzu gehören vor allem Funktionen zur Unterstützung eines bestehenden Gesprächs bzw. einer bestehenden Session und Funktionen zum Anbinden zusätzlicher Datenquellen. Hierbei gibt es Funktionen für Überwachung der Verbindungsqualität eines bestehenden Gesprächs bzw. einer bestehenden Session, um z. B. Unterbrechungen in der Sprachkommunikation zu vermeiden. (IMS-Funktion „Service Centralization and Continuity Application Server“ SCC-AS) Überwachung der Verbindungsqualität von Notrufen (IMS-Funktion „Emergency Access Transfer Function“ EATF) Anbinden klassischer Telefondienste (z. B. zum Verwalten von Prepaid-Teilnehmern) (IMS-Funktion „IP Multimedia Service Switching Function“ IM-SSF) Anbinden von Message-Diensten wie zum Beispiel SMS (IMS-Funktion „IP Multimedia Short Message Gateway“ IP-SM-GW) Anbinden neuer Dienste (IMS-Funktion „Multimedia Telephony Service“ MMTEL)
Zugangsnetze Werden für ein bestimmtes Gespräch bzw. für eine bestimmte Datenverbindung („data session“) Dienste des IMS-Systems benötigt, so fordert das Telefonnetz entsprechende IMS-Dienste an. Dies kann sowohl aus dem eigenen Netz erfolgen (z. B. über das direkte Weiterleiten einer Dienste-Anforderung an die „IMS Call Session Control Function“) als auch von fremden Netzen aus, indem das fremde Netz dies dem Gateway-Controller signalisiert, der für den Netzübergang zuständig ist. Das Telefonnetz entscheidet anhand der von einem Benutzer angeforderten Dienste und anhand der Benutzer-Eigenschaften, welches System dieses Gespräch bzw. diese Session bearbeiten soll oder ob ein anderes System hierzu herangezogen wird. Dienste, die auf dem Einsatz eines IMS-Systems basieren, können für nahezu alle Nutzer eines Telefonnetzes bereitgestellt werden, denn unterschiedliche IMS-Gateways erlauben für eine Vielzahl von unterschiedlichen Endgeräten und unterschiedlichen Anbindungen der Benutzer an das Telefonnetz einen Zugriff auf das IMS-System.
Unterstützt ein Endgerät (Mobiltelefone, PDAs und Computer) IMS-relevante Eigenschaften (wie z. B. SIP-User-Agents) so kann dieses über das Telefonnetz relativ direkt an das IMS-System angebunden werden. Für Endgeräte ohne direkte IMS-Unterstützung werden vom Telefonnetz entsprechende Gateways und Hilfssysteme bereitgestellt, um diese Systeme anzubinden, Es gibt z. B. Gateways für Festnetzzugänge (zum Beispiel: Digital Subscriber Line (DSL), Kabelmodems, Ethernet), Gateways für mobile Zugänge (zum Beispiel: W-CDMA, CDMA2000, GSM, GPRS) und Gateways für drahtlose Zugänge (z. B.: WLAN, WiMAX), außerdem Gateways für andere Telefoniesysteme wie Plain old telephone service (POTS—die alten analogen Telefone), H.323 und für nicht-kompatible VoIP-Systeme.
Der Zugriff auf das IMS-System kann entweder über eines der Gateways und den dazugehörigen Gateway Controller erfolgen, er kann aber auch direkt an die zentrale Call Session Control Function gehen.
Gateways und Gateway Controller Die Gateways binden die Datenströme anderer Systeme und Netze an das IMS-System an und lenken diese hindurch. Zu jedem Gateway gehören entsprechende Gateway Controller, die Signalisierungs-Informationen, die zu einem Datenstrom gehören, mit anderen Netzkomponenten oder anderen Netzen austauschen und den Gateways vorgeben, wie die Datenströme gelenkt und manipuliert werden sollen.
Für Zugriffe aus dem eigenen paketvermittelnden Netz stehen das Access Transfer Gateway (ATGW) und die Access Transfer Control Function (ATCF) zur Verfügung: Access Transfer Gateway (ATGW) / Application Gateway (AGW) kann als eigenständige Funktion oder als Bestandteil der I-BGF ausgeführt werden. Das ATGW führt die Anpassungen an die Gegebenheiten der Gegenstelle im Detail durch (z. B. Protokoll-Anpassungen, umsetzen von paket- auf leitungsvermittelte Daten). Diese Funktion wird auch als Trunking Gateway (TGW, TrGW) bezeichnet. Access Transfer Control Function (ATCF)/Application Layer Gateway (ALG) kann als eigenständige Funktion oder als Bestandteil der I-BCF ausgeführt werden und dient als Ankerpunkt für hereinkommende und abgehende Anrufe. Zusammen mit der SCC-AS wird, so weit wie für den Anruf erforderlich, Unterbrechungsfreiheit umgesetzt (z. B. für Sprach-Calls). Unterstützt auch die Übergabe zu leitungsvermittelten Netzwerken
Für Zugriffe aus anderen IMS-Netzen stehen das „Interconnect Border Gateway“ (I-BGF) und die „Interconnect Border Control Function“ (I-BCF) zur Verfügung. Interconnect Border Gateway Function (I-BGF) steuert die unteren Transport-Schichten, beinhaltet Firewall-Funktionalitäten und setzt IP-Adressen bei Medien-Verbindungen um. Hier werden auch Protokoll-Anpassungen, die je nach Gegenstelle und Anruftyp erforderlich sind, durchgeführt (z. B. Fax-Signale und Ruftöne interpretieren bzw. einspielen). Interconnect Border Control Function (I-BCF): Dient als Schnittstelle zu anderen Netzen oder Netzsegmenten, insbesondere zu leitungsvermittelnden Systemen. Über diese Funktion werden die Transport-Layer überwacht und gesteuert und die für einen Call notwendigen Ressourcen ermittelt und zugewiesen. Sonderfunktionen wie Notrufe oder Fernmeldeüberwachung werden von dieser Funktion unterstützt.