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El despegue definitivo de IMS con VoLTE

Autor: Ramón Jesús Millán Tejedor

Publicado en Conectrónica nº 217, GM2 Publicaciones Técnicas, 2018

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Introducción

España fue uno de los pioneros en IMS (IP Multimedia Subsystem), liderado por Telefónica de España, que comenzó su despliegue comercial en el año 2005, con Ericsson y Acme Packet (ahora Oracle), como suministradores. El principal caso de uso, era ofrecer VoIP sobre accesos GPON (Gigabit Passive Optical Network) [1]. Aunque esta necesidad podía ser también cubierta mediante "softswitches" de telefonía IP, IMS permitía ofrecer servicios eficientes en términos de funcionalidad, precio y calidad. De forma similar, el resto de operadoras de España y otros países comenzaron a desplegar IMS, principalmente, para soportar VoIP en redes fijas como GPON, xDSL y redes de cable.

Desde hace unos años, estos casos de uso han ralentizado su crecimiento y la nueva ola de inversiones en IMS está asociada a las redes móviles: VoLTE (Voice over Long Term Evolution), VoWiFi (Voice Over WiFi) y, en menor medida, RCS (Rich Communication Suite). También se está produciendo una renovación de las plataformas IMS instaladas basadas en hardware propietario, a nuevas basadas en NFV (Network Functions Virtualization) [2] utilizando servidores estándar, dando lugar a vIMS, como primer paso de un núcleo de red 5G.

Aunque la práctica totalidad de los operadores móviles ofrecen LTE, aún son muy pocos los que ofrecen VoLTE [3] de forma masiva. Según datos de la GSA [4], alrededor de 217 operadoras está invirtiendo en VoLTE en 102 países, incluyendo 134 operadoras que han lazando comercialmente el servicio VoLTE HD en 65 países. Las operadoras que han lanzado VoLTE en España son Orange y Vodafone.

Estado de VoLTE a principios del año 2018

Figura 1: Países ofreciendo servicios VoLTE y redes VoLTE comerciales por país (imagen: GSA).

Han sido muchas las razones de la lenta adopción de VoLTE, pero destacaremos tres sobre el resto. Inicialmente, la mayor barrera era la poca disponibilidad de terminales habilitados para VoLTE y su alto precio, aspecto actualmente resuelto. Otro impedimento importante, era la necesidad de abordar nuevas inversiones por parte de las operadoras, teniendo además en cuenta que el número de usuarios móviles es bastante mayor que el de fijos; sin embargo, la adopción de NFV, ha permitido optimizar estas inversiones. Finalmente, la complejidad asociada a IMS en los despliegues móviles, que está siendo subsanada gracias a la experiencia que han ido adquirido suministradores y operadoras en esta tecnología. Por ello, una vez eliminadas estas barreras, es de esperar un rápido crecimiento de VoLTE durante los próximos años, convirtiéndose así en la "killer application" de IMS.

Tecnología

IMS (IP Multimedia Subsystem) es una arquitectura de referencia genérica para ofrecer servicios multimedia sobre infraestructura IP. Se trata de un estándar internacional en continua evolución, especificado originariamente en la Release 5 y 6 del 3GGP (Third Generation Partnership Project) en estrecha colaboración con el IETF (Internet Engineering Task Force), y que ha sido también adoptado también por el 3GPP2 y la ETSI.

IMS es el sucesor natural de las centrales de conmutación fijas (NGN) y conmutadores de conmutación móviles (MSS), junto a los controladores de servicios NGIN (Next Generation Intelligent Network). La mayoría de los suministradores de soluciones NGN, MSS y NGIN o bien han desparecido, o bien han desarrollado nuevos productos compatibles con IMS, reconvirtiendo sus "softswitches" en MGCF (Media Gateway Control Function) y sus MGW (Media Gateway) en IMS-MGW (IMS Media Gateway), para que los operadores puedan preservar parte de la inversión y mantener la continuidad de servicio con las redes de conmutación de circuitos.

El estándar soporta múltiples tipos de tecnologías de acceso, incluyendo: GSM, GPRS, UMTS, HSDPA, LTE, 5G, DSL, HFC, GPON, Wi-Fi, etc. Además. IMS puede ser utilizada sobre cualquiera de estas tecnologías, e incluso pasar de una tecnología a otra sin interrumpir la sesión de comunicaciones, dando lugar a la conocida como FMC (Fixed Mobile Convergence), utilizar varias tecnologías a la vez o compartirlos e intercambiarlos con varios usuarios.

IMS no sólo ofrece convergencia en el acceso, IMS también ha sido diseñado para soportar comunicaciones multimedia (voz, vídeo, mensajería instantánea, etc.) sobre una red IP, más allá de la mera comunicación de voz sobre redes móviles y fijas. El control de la sesión en IMS es realizado por el protocolo de control de llamada IMS basado en SIP y SDP. La señalización de IMS se realiza mediante el protocolo SIP (Session Initiation Protocol), diseñado originariamente por el IETF para la gestión de sesiones multimedia en Internet. SIP aporta las funciones para el registro, establecimiento, modificación y finalización de las sesiones IMS entre dispositivos diversos. Puesto que no todos los dispositivos son capaces de soportar los mismos servicios, al establecer la sesión se negocian las características de ésta mediante el protocolo SDP (Session Description Protocol), también diseñado por el IETF. Mediante SDP, los extremos de una sesión pueden indicar sus capacidades multimedia y definir el tipo de sesión que desean mantener. En este intercambio de señalización se negocia también la QoS, tanto durante el establecimiento como durante la sesión en curso. Por ello, y puesto que con IMS es posible monitorizar en todo momento la calidad del servicio en términos de latencia, ancho de banda y seguridad, la QoS en IMS es mucho más dinámica que en las tradicionales redes de telecomunicación. Además de SIP/SDP, IMS emplea otros protocolos estándar de Internet para la provisión de servicios multimedia, como: RTP (Real Time Protocol) y RTCP (Real Time Control Protocol) para el transporte de flujos IP multimedia en el plano de usuario, RSVP (Resource Servation Protocol) y DiffServ para asegurar la QoS extremo a extremo, etc.

La Figura 2 muestra la arquitectura de referencia de IMS tal y como aparece en el 3GPP TS 23.228 "IP Multimedia Subsystem (IMS); Stage 2 (R15.2)" y la descripción de los distintos elementos funcionales se puede encontrar en TS 23.002 "Network architecture (R15)". Los principales componentes son: