Part I New telco infrastructure+Services of the future.

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1 Part I New telco infrastructure+Services of the future

2 2 Content 2 New telco infrastructure (2h) 2.1 NGN/IMS: enabling new services 2.2 IMS basics (VoIP, SIP, QoS) 3 Services of the future (2h) (Service offering from telcos and third parties: main convergent advanced and innovative telecommunications services&applications. 3.1 Location and context aware mobile services 3.2 Application sectors (eg. connected car, enterprise, healthcare, digital home, communications, services over handsets…) 3.3 Sample research lines and projects

3 3 2.1 NGN/IMS: enabling new services New services over new network infrastructures: All-IP underlying infrastructures with IMS platforms represent the new paradigms on which all future telecom digital applications will be based and therefore are the basis for value added services research. All-IP from an underlying telco network infrastructure perspective will materialize through a common core that would serve different access networks: FTTH (after VDSL2) is the present/future for unlimited bandwidth in the fixed domain/(Advanced) LTE will also provide high bandwidth and capacity radio (mobile) access Note: the term NGN was originally only related to VoIP carrier- grade infrastructure. However, throughout the time it has evolved to a wider term, referring more to the network itself, the new network infrastructure, specially access

4 4 2.1 IMS history IMS was originally defined by an industry forum called 3G.IP, formed in 1999. 3G.IP developed the initial IMS architecture, which was brought to the 3rd Generation Partnership Project (3GPP), as part of their standardization work for 3G mobile phone systems in UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) networks. It first appeared in release 5, back in early 2002, (evolution from 2G to 3G networks), when SIP-based multimedia was added. Support for the older GSM and GPRS networks was also provided. 3GPP2 (a different organization than 3GPP, operating in North America area) based their CDMA2000 (Code Division Multiple Access) Multimedia Domain (MMD) on 3GPP IMS, adding therefore support for CDMA2000. 3GPP release 6 added interworking with WLAN. 3GPP release 7 added support for fixed networks, by working together with TISPAN (TIPHON- Telecommunications and Internet Protocol Harmonization over Networks- and SPAN -Services and Protocols for Advanced Networks-) release R1.1: the function of AGCF (Access Gateway Control Function) and PES (PSTN Emulation Service) are introduced to the wire line network for the sake of support of legacy services. New 3GPP Release 8 has been ratified in 2009 (frozen in December 2008), constituting a refactoring of UMTS as an entirely IP based fourth-generation network [IMS Stage 2- 3GPP TS 23.228 version 8.7.0 Release 8], where it is assumed that voice services will be implemented through the use of IMS. Even though the IMS was initially focused on mobile networks, at present it includes fixed access technologies as well. The core functionality of the IMS is standardized by 3GPP. A number of NGN (Next Generation Network) initiatives such as ETSI TISPAN refer to the 3GPP core IMS and extend it to work over different access technologies

5 5 2.1 IMS enablers OMA is one of the SDOs standardizing service enablers on top of IMS. More specifically OMA IMS v1.0 reference release, defines the architecture for all OMA usage of the IMS environment in OMA Specifications. In particular, the following enabler specifications have been released (either in the form/stage of an Approved Enabler-AE or Candidate Enabler-CE). In some cases a second version is being specified, adding new features including new media types being supported, performance enhancements …: Presence-SIMPLE v1.1 (v2.0 CE): Defines User Presence and Availability attributes Push to talk Over Cellular (PoC) v1.0.2 (v2.0 CE): Defines a mechanism for a group of users to use their phones as half- duplex radios: concept of floor-control for the 1toMany type of communication. V2.0 also known as Push-to-X (PtX), is the multimedia evolution with support for audio and audio/video streamings and discrete content exchange (such as images, text, video and audio clips), including also sessions with multiple groups SIMPLE-IM v1.0 (CE): Instant Messaging over phones using IMS XML Document Management (XDM) v1.1 (v2.0 CE): Group management of users and other resources New enablers (v1.0) are also in the pipeline such as the following, including the porting to the IMS environment of other existing enablers: Converged IP Messaging (CPM): new Messaging Enabler that aims to combine all Messaging Technologies in one Enabler (Service) coordinating them on IMS: Short Messages (Text), Multi-Media Messaging, Instant Messaging, Push to talk Over Cellular, Mobile Email Converged Address Book (CAB): provide for a single address book to be used by all of the messaging technologies, running also in an IMS based environment SIP Push (updated version of the Push Enabler for the IMS environment): allows for server initiated messages to be sent to the mobile after authentication and authorization checks LOCSIP (update to the Mobile Location Service Enabler for IMS): works, in conjunction with the Presence Enabler, to provide location information when requested, or periodically, or when the user enters a specific area It has to be noted that several OMA Group’s now consider the support of IMS in current and new feature developments, being IMS firmly recognized as a piece of infrastructure that will be important to the industry and therefore upon which all OMA enablers need to be based. The other way round, external groups are now referring to OMA Enablers as part of their specification development: e.g. TISPAN (that has adopted Presence SIMPLE, and XDM, and PoC),... In this sense OMA continues to promote its mission of being bearer agnostic encompassing more and more environments.

6 6 2.2 IMS basics (VoIP, SIP, QoS) VoIP  From VoIP to IMS: VoIP basics including its evolution towards current IMS infrastructures SIP  The underlying predominant protocol QoS  A key issue to tackle when dealing with a single convergent (fixed voice, mobile voice, data) network, even more for multimedia transmission

7 7 2.2 VoIP: Voice transmission through IP networks Red IP Para realizar una llamada telefónica a través de una red IP basta con:  Codificar la voz.  Disponer de ancho de banda suficiente en la red.  Conocer la dirección IP de la persona con la que se quiere hablar.

8 8 Protocols Pueden utilizarse aplicaciones especialmente diseñadas (p.e.: NetMeeting). Si la llamada telefónica se realiza en un ámbito privado (por ej. Interno a una empresa), cualquier solución propietaria es válida, aunque no muy recomendable Es mucho más conveniente el uso de protocolos estandarizados (H323, SIP, MGCP). Sobre todo si:  alguno de los extremos de la llamada pertenece a la PSTN,  la llamada se cursa a través de redes IP que están fuera del control de la empresa.

9 9 Philosophy Filosofía de la telefonía de nueva generación:  Separación funcional de la transmisión y la conmutación Esta separación funcional brinda la posibilidad de realizar una separación física:  La transmisión de la voz puede realizarse por cualquier tipo de red (normalmente por una red IP, pues es más barato) Los Gateways son pasarelas que permiten la interconexión de dos redes diferentes.  El control de la llamada puede realizarse de forma centralizada La plataforma NGN se encarga del control de la llamada (establecimiento, selección de codec, señalización, facturación, etc)

10 10 Transmission scheme Hola A/D D/A codificación paquetización transmisiónrecepción decodificación Red IP PCM (64Kbit/ s) Ej. G729 Voz+IP+UDP+R TP

11 No matter the access network 11 Architecture RED IP Switch PSTN/ISD N STP Teléfono convencional Media Gateway Teléfono IP SS7 Media Media Gateway Controller SS7 Gateway Usuario Dial-in Terminal Multimedia xDSL LAN

12 12 New NGN/IMS arch.: simplified Call Signaling Control Function (CSCF) Session Border Controller (SBC) Home Subscriber Server (HSS) Gateways (GW) Application Server (AS) User Equipment (UE)

13 13 IMS arch (II): detailed

14 14 Elements: Gateways Los Gateways son pasarelas que permiten la interconexión de dos redes diferentes. Hay diferentes tipos de Gateways:  Media Gateways Realizan la conversión del flujo de datos de la llamada, utilizando el formato adecuado para transportarlo por la red correspondiente (típicamente se pasa de una red PSTN a una red IP, y viceversa)  Signalling Gateways Realizan la conversión de la señalización asociada a la llamada (típicamente se traduce de SS7 a H.323 ó SIP, y viceversa. En este caso se habla de Signalling System 7 (SS7) Gateways). Pueden ubicarse (o no) junto al SoftSwitch.

15 15 Elements: Gateways (II) Vista frontal Vista trasera Tarjeta voz E1/PRI

16 16 Elements: Terminals

17 17 Elements: call control Gatekeeper  Término más antiguo (proviene de las primeras soluciones de VoIP)  Controla los Media Gateways  Realiza el control de la llamada (establecimiento de circuitos de voz entre dos redes diferentes) Media Gateway Controller  Nombre dado al Gatekeeper tras el esfuerzo de estandarizar (MGCP) el control de los Media Gateways. Call Agent  Término genérico que describe los sistemas que manejan funciones de control de llamadas Softswitch  La conmutación se realiza mediante software sobre una plataforma centralizada. Plataforma NGN/IMS

18 18 2.2 SIP: Session Initiation Protocol Establecimiento de sesiones multimedia en redes IP: audio, video, chat, juegos interactivos, realidad virtual,... Protocolo predominante en NGN. Ya superado hace tiempo el grado de implantación de H.323 Filosofía Internet (RFC 3261) vs. H.323 basado en redes de voz tradicionales (ITU/Q.931). Inteligencia en los terminales Salto de la simple Voz IP a la integración con Mensajería Instántanea y Presencia Protocolo elegido en la Release 5 (y posteriores) de UMTS. Los terminales móviles implementarán la parte cliente de SIP (User Agent)

19 19 SIP (II) Protocolo a nivel de aplicación independiente del protocolo de transporte Realiza el control de llamadas multimedia y servicios telefónicos avanzados Permite establecer, modificar y terminar sesiones multimedia Es la última propuesta para manejar la señalización y permitir la implementación de nuevos servicios en VoIP Desarrollado en el seno de la IETF Arquitectura cliente/servidor

20 20 Features Localización del usuario: Determinación del sistema final de la comunicación Capacidades del usuario: Determinación de sus capacidades para realizar la llamada (como los codecs que soporta, por ejemplo) Disponibilidad del usuario: Determinación de la capacidad del receptor de la llamada para establecer la comunicación Establecimiento de llamada: Determinación de los parámetros de la llamada y establecimiento final de la comunicación Manejo de llamada: Incluye la transferencia y la terminación de las llamadas

21 21 Basic principles Direccionamiento user@host user: nombre de usuario/número de teléfono host: nombre de dominio/dirección de red numérica Modificación de la sesión existente  Permite cambiar los parámetros de una sesión en curso sin tener que desmantelarla Movilidad  Permite la localización de los usuarios en cualquier terminal y cualquier ubicación  Clave para la integración con el escenario de la telefonía móvil Incorpora herramientas para la creación de servicios incluso por parte del usuario final

22 22 SIP User Agents (UA) Son los terminales SIP  Aplicaciones software residentes en teléfonos IP o PCs Pueden funcionar como:  SIP User Agent Client (UAC) Funciona como cliente Envía peticiones hacia el servidor  SIP User Agent Server (UAS) Funciona como servidor Recibe y atiende las peticiones del UAC

23 23 SIP servers Servidores proxy (proxy servers)  Responsables primarios del encaminamiento de llamadas  Reciben las peticiones del UA, las interpretan y/o modifican y las reenvían al destino final (UA) o al servidor SIP  Dos modos de funcionamiento: stateful / stateless Stateful proxy servers  Mantienen el estado de la llamada y de la transacción (ej: tarificación) Stateless proxy servers  No mantienen información sobre el contexto de la llamada  SIP firewall control proxy server (dynamicsoft)

24 24 SIP servers Servidores de redirección (redirect servers)  Informan al cliente de la dirección del siguiente salto para que sea éste el que redirija la petición  No generan llamadas ni respuestas  Alta capacidad de procesado SIP Registrar  Recibe los mensajes de registro de los UAs y envía su información a los Location Servers Servidores de localización (location servers)  Ofrecen servicios e información para la localización de usuarios

25 25 SIP messages Protocolo basado en texto (HTTP) Dos tipos de mensajes:  Petición (Request): Generado por el cliente.  Respuesta (Reply): Generado por el servidor. Emplea el protocolo SDP (Session Description Protocol) para la descripción de la sesión a establecer entre los terminales clienteservidor petición respuesta

26 26 Request Request = Request-Line *(general-header | request-header | entity-header) CRLF [message -body] Request-Line Method Request-Uri SIP-version INVITE Inicia una llamada o modifica una sesión existente ACKConfirma una respuesta final BYETermina una llamada CANCEL Cancela las peticiones pendientes OPTIONS Especifica las capacidades de los componentes REGISTER Registro con el servidor de localización Métodos

27 27 Response 1xxNotificación 2xxÉxito 3xxRedirección 4xxFallo de la petición 5xxFallo del servidor 6xxFallo global Código de estado Response = Status-Line *(general-header | request-header | entity-header) CRLF [message -body] Status-Line SIP-version Status-Code Reason-Phrase

28 28 Headers Información adicional de interés Similares a las de HTTP Significado hop-to-hop / end-to-end 37 cabeceras divididas en 4 grupos: General Header FieldsCall-Info, Contact, User-Agent Entity Header Fields Content-Encoding, Content-Length, Content-Type Request Header FieldsCall-Id, From, To Response Header FieldsServer, Unsupported, Warning

29 29 Sample SIP messages INVITE INVITE sip:joe@example.com SIP/2.0 Via: SIP/2.0/UDP 10.2.33.88:5067 From: Bob Jones Subject: Internet telephony standards To: Joe Smith Call-ID: 1997234505.56.78@10.2.33.88 Content-type: application/sdp CSeq: 4711 INVITE Content-Length: 187 ACK ACK sip:watson@boston.bell-tel.com SIP/2.0 Via: SIP/2.0/UDP kton.bell-tel.com From: A. Bell To: T. Watson ;tag=37462311 Call-ID: 3298420296@kton.bell-tel.com CSeq: 1 ACK

30 30 2.2 QoS Subject:  Quality of Service (QoS) of IP real time multimedia applications  videoconference V 2 oIP: Audio + video Topics covered:  Parameters and factors that influentiate QoS Quality requirements  QoS measurement for V 2 oIP Network level Application level

31 31 VoIP audio codecs  Typical codecs: ITU-T (ETSI) standards  Audio codec quality  Non-standard codecs  Technical comparison VoIP video codecs (narrowband)  ITU: H.261, H.263.  Other (H.264/MPEG4, Div-X…).  Technical comparison QoS&codecs (audio&video)

32 32 QoS&codecs (audio&video) Audio over IP quality: QoS  QoS definition and basic parameters  Additional parameters that influence quality  VoIP quality measurement standards E-Model, PESQ  Commercial software tools for quality measurement Video over IP quality  IP video QoS definition  Quality parameters identification  Commercial or beta software tools for video quality measurement Requirements for the quality of a videoconference transmission