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2021/10/30
MVNO事業部 技術開発部 MVNO技術開発課
圓山 大介
音声通信の世界
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スピーカー紹介
名前:
圓山 大介
経歴、業務内容:
2018年7月にIIJに入社。
最近の業務は主に新規サービス企画検討。
IIJmio meetingでは#24(eSIM)、#26(Private
LTE)で登壇。
今回は、入社前に関わってきた電話(主にVoIP)につ
いて解説します。
趣味等:
今年に入って自転車(MTB)を再開。奥多摩湖とか奥
武蔵GLあたりが生息地(CRには出没しない)。
話者近影
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本日のメニュー
• 音声通信の歴史
• VoIPとは
• IMSとは
• IMSのシーケンス
• IMSのローミング
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音声通信の歴史〜1〜
• アナログ交換機
– 交換手→ステップ・バイ・ステップ→クロスバースイッチ
• デジタル交換機
– 交換機のデジタル処理→信号方式のデジタル化
• IP交換機
– VoIP→IMS→VoLTE
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交換機の役割
• 電話同士を1対の線で繋いで音声を伝送するのが目的。
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交換機の役割
• 電話同士を1対の線で繋いで音声を伝送するのが目的。
• 全ての電話をフルメッシュで繋ぐのは配線的に不可能。
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交換機の役割
• 電話同士を1対の線で繋いで音声を伝送するのが目的。
• 全ての電話をフルメッシュで繋ぐのは配線的に不可能。
• そこで、各電話から特定のポイント(=局)まで線で繋ぎ、局の
中で必要になったタイミングで実際に繋ぐ。
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交換機の役割
• 電話同士を1対の線で繋いで音声を伝送するのが目的。
• 全ての電話をフルメッシュで繋ぐのは配線的に不可能。
• そこで、各電話から特定のポイント(=局)まで線で繋ぎ、局の
中で必要になったタイミングで実際に繋ぐ。
• また、1つの局で収容できる電話の数に限界があるので、地理エ
リア等に分割して収容(=加入者収容局)。
加入者収容局
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交換機の役割
• 電話同士を1対の線で繋いで音声を伝送するのが目的。
• 全ての電話をフルメッシュで繋ぐのは配線的に不可能。
• そこで、各電話から特定のポイント(=局)まで線で繋ぎ、局の
中で必要になったタイミングで実際に繋ぐ。
• また、1つの局で収容できる電話の数に限界があるので、地理エ
リアに分割して収容(=加入者収容局)。
• 加入者収容局同士をフルメッシュで繋ぐのも配線的に難しく、加
入者収容局を収容する局(=中継局)を設置。
加入者収容局
中継局
中継局
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アナログ音声交換機
• 交換機の変遷(人手から自動化)
– 交換手
人手、口頭で接続を依頼
– ステップ・バイ・ステップ交換機
自動化、パルス信号駆動
– クロスバー交換機
制御信号と音声信号の分割、高速化、トーン信号対応
– 電子交換機
処理のソフトウェア化、機能追加の効率化、付加サービスの実現
• 制御部分の実装は変遷しているが、音声をアナログ信号として伝
送するために、結線して経路を作るという部分は同じ
– 多重化は物理配線という空間分割方式のみ
音声経路の設備の規模が大きくなる
– アナログ信号をそのまま転送するため電力消費が大きくなる
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デジタル交換機
• 音声信号まで含めたデジタル処理の実現
– 時分割方式(TDM)による多重化の導入
– 音声以外のデータ(Fax等)の効率的な伝送
• SS7: Signaling System No.7(共通線信号No7)
– いわゆるISDN回線
– 事業者網内についてはISDN回線より先にデジタル化
(この辺は後述するIP化も同様に網内から導入されている)
– 現在の公衆回線網を構成する重要なプロトコル群
(電話部分はISUPと呼ばれるプロトコル)
©Internet Initiative Japan Inc. 12
パケット交換機
• 回線交換方式からパケット(IP)交換方式へ
– TDMによる多重化からパケット転送による集約
– プロトコルとしては安価になったIPを利用
– 伝送路のコストの大幅な削減を実現
• 複数の制御方式
– SIGTRAN(回線交換方式なのでVoIPではない)
– H.323
– SIP
• 最終的にSIPが制御方式としてスタンダード
©Internet Initiative Japan Inc. 13
IP化のメリット・デメリット
• IP化のメリット
– パケット交換によるネットワークの利用効率の向上とインターネット
とネットワーク共有による回線費用の低減
– 汎用部品の利用によるCAPEX/OPEXの削減
– 距離別料金からの脱却
• IP化のデメリット
– 信頼性の低下
– 遅延、ジッターの発生
– 初期投資(交換機設備だけではなく、端末の更改が必要)
©Internet Initiative Japan Inc. 14
IP化の方式
• SIGTRAN(IETF)
– SS7の信号をIPネットワークにのせたもの
– 回線交換の制御信号をIP化した規格でありパケット交換方式ではない
– SS7のどのレイヤでIP化するかによって、M2TP(MTP2)、M3UA
(MTP3)、SUA(SCCP)と複数の方式が存在
網間がM2TP、網内がM3UAという構成が一般的
– トランスポートプロトコルのSCTPはほぼこれを運ぶために開発
• H.323(ITU)
– 制御信号と音声を含む仕様
• SIP(IETF)
– 制御信号として策定
– VoIPの制御プロトコルとしては事実上の標準
– セッション交換はSDP、音声はRTP/RTCPを使用
©Internet Initiative Japan Inc. 15
IP化の例
• IP-Centrex
– 東京ガス・ショック(2002年)が事例として有名
フュージョンコミュニケーションズ(現楽天コミュニケーションズ)
• Asterisk
– オープンソースのIP-PBX
個人的にはSIPの口も持ったソフトウェアPBXの印象
– 国内だと秋田県大館市の事例(2009年)が有名
• ひかり電話
– NTTのNGN
– 加入者電話(0AB-J)のIP化
• VoLTE
– 携帯電話のIP化
– 後述
©Internet Initiative Japan Inc. 16
接続構成例(IP-Centrex)
SBC
C5SS
C4SS
Application Server
Media Server
他事業者網
アクセス網
Centrex網
©Internet Initiative Japan Inc. 17
接続構成例(VoLTE)
IBCF
S-CSCF
I-CSCF
AS
BGCF
HSS
PCRF
MME
PGW
SGW
P-CSCF IMS-AGW
eNB eNB
MRF TrGW
MGCF
IMS-MGW
©Internet Initiative Japan Inc. 18
VoIPとは(概要)
• Voice over Internet Protocolの略
– 音声をIP上で転送する規格の意
– 特定のプロトコルを指す用語ではない
• 現在の方式だとSIP/SDPを使ったセッション管理とRTP/RTCP
によるメディア送信を利用した方式を指す
– IETFで策定されたオープンな規格で構成
• その他の方式
– H.323
SS7同じくITUのプロトコルだがSIPに負けた感じ
– WebRTC
エンドユーザとの通信・インターフェース規格でバックボーンは従来
のPSTNやVoIPで構築
Web BrowserのAPIとしての規格とWebSocketをトランスポートと
した規格の2種類が存在(一般的にWebRTCと言うと前者)
©Internet Initiative Japan Inc. 19
VoIPとは(ノードの種類)
• UA:User Agent
– 信号を終端するノード
– いわゆる端末にあたるがProxy以外は全てこれ
– 端末以外の実装は後述のMedia ServerやMedia Gateway等
– 細かくはUAC/UASに分けられるが、双方向通信なのでトランザク
ション単位で役割りが入れ替わる
• Proxy
– 信号を中継するノード
– 交換機に相当するノード
– 後述のApplication Serverの場合が多い
• B2BUA:Back to Back User Agent
– UAとして機能しつつ信号を中継するノード
– Proxyの高機能化したものの位置付けでProxyのほぼ上位互換
– メジャーな用途は後述するSBC
– 最近は交換機もこれで実装することが多い
©Internet Initiative Japan Inc. 20
VoIPとは(サーバの種類)
• 加入者収容サーバ(C5SS、PBX)
– 加入者を収容し認証やサービスの認可等を行うサーバ
• SBC:Session Border Controller
– VoIPにおけるGatewayの役割で網間のPOIに設置するサーバ
– 加入者電話と加入者収容サーバの間にも設置
• MGW:Media Gateway
– プロトロル変換(VoIP⇔回線交換)を行うサーバ
– FXO/FXIやBRI/PRIを接続するVoIPアダプタやHGWも同様
• MS:Media Server
– RBTやガイダンスの送出、IVRサービスの提供など音声を扱うサーバ
• AS:Application Server
– 様々な付加機能を与えるサーバ
– モノシリックな構成だと加入者収容サーバに纏めて実装
©Internet Initiative Japan Inc. 21
IMSとは(概要)
• IP Multimedia Subsystemの略
– これは3GPPの名称で、3GPP2ではMMD(Multimedia Domain)と
呼ばれる
– またTISPANでもIMSが標準化され、3GPPに別枠で登録
• Multimediaの名前の通り、音声、映像といった情報をIP上で流
すためのシステムの総称
– 電話回線以外の用途も想定した規格
– 単なるストリーミングの規格ではなく、QoSを含めた制御を行うシス
テムとして構築される(従来のVoIPの拡張)
– ITUが提唱したNGN(Next Generation Network:次世代ネット
ワーク)を3GPPとして実装したものと言える
• IMSをモバイルLTEの上で運用するための規格を定めたのが
VoLTE
– GSMAで定義
– 一番大きな点はIMS APNと、P-CSCF Discoveryの定義
©Internet Initiative Japan Inc. 22
IMSとは(特徴)
• フルオープンなプロトコル
– IETFで標準化されていたプロトコルを採用
• SIP(呼制御)
• SDP(セッション交換)
• H.248(GW制御: 元はIETFのMEGACO)
• RTP/RTCP(メディア転送)
• Diameter(AAA、データベースアクセス)
• DNS(番号ルーティング、ENUMの下位プロトコル)
– IP上のプロトコルということで、All-IPを志向するLTEの考えに合致
• セキュリティ機能の拡張
– SIMを使ったIMS-AKAを採用することで、セキュリティを強化
– LTEの位置登録と同等のセキュリティをIMSの位置登録に具備
• QoS制御の拡張
– 無線区間のアクセス網のQoS制御方法を定義し、OTT-VoIPと比較し
て高品質の通信を実現
©Internet Initiative Japan Inc. 23
IMSとは(VoLTEの特徴)
• 共通APN(ims)の定義
– どの端末でもどの事業者に対しても共通のAPN接続が可能
– 非キャリア端末の利用やローミング接続での追加設定が不要
• QCIの設定
– SIP信号(QCI=5)は低遅延、高信頼性
– 音声RTP(QCI=1)は低遅延、帯域保証
– (参考)OTT-VoIPの場合はQCI=9のベストエフォート品質
• P-CSCF Discoveryの手法確定
– P-CSCFのAddressはPDP Context生成時にPCOで取得
• Security Agreementのパラメータ標準化
– IPsecのパラメータについて、サポートすべき方式・アルゴリズムを
規定
• 音声コーデックの規定
– Wide-Band(サンプリングレート16kHz)のAMR-WBを採用
– 3Gの時と比較してサンプリングレートは倍化(8kHz → 16kHz)
©Internet Initiative Japan Inc. 24
IMSの構成(3GPP TS 23.002より転載)
E-CSCF
P-CSCF
S-CSCF
MGCF
HSS
Cx
IP Multimedia Networks
IMS-
MGW
CS Network
Mn
Mb
Mg
Mm
MRFP
Mb
Mr
Mb
Legacy mobile
signalling Networks
I-CSCF
Mw
Mw
Gm
BGCF
Mj
Mi
BGCF
Mk
Mk C, D,
Gc, Gr
UE
Mb
Mb
Mb
MRFC
SLF
Dx
Mp
CS
CS
Rx
Mm
LRF
Ml
Le
BGCF
Mi
LCS
Client
Cx
Dx
Sh
Ut
Mw
ISC
IBCF
Mx
Mx
Mx
Ma
Dh
TrGW
Izi
Ici, Mm
Ix
Mg
MRB
ISC
Cr
Rc
I4
AS
EATF
Mx
Mm
Mb
IMS
AGW
Iq
©Internet Initiative Japan Inc. 25
IMSの構成(CSCF: Call Session Control Function)
• P-CSCF(Proxy-CSCF)
– アクセス網とIMSコアネットワークの境界に配置されるサーバ
– 音声ベアラ制御のため、EPC(PCRF)に対してAFとして振る舞う
• S-CSCF(Serving-CSCF)
– CSCFの中のさらに中核で、実際のセッション制御をこなすサーバ
– HSSにアクセスし、加入者プロファイルを保持する役目
• I-CSCF(Interrogating-CSCF)
– S-CSCFを選択するためのサーバ(PLMN間通信で利用)
– 初回の位置登録はI-CSCFを経由する
• IMS-ALG/IMS-AGW
– 音声メディアトラヒックの中継装置
– P-CSCFと縮退していることが大半
• E-CSCF(Emergency-CSCF)
– 緊急呼用のCSCF
©Internet Initiative Japan Inc. 26
IMSの構成(付加サービス)
• AS(Application Server)
– S-CSCFで不足する付加的な処理を行うサーバ
(S-CSCFではセッション制御に専念し、付加サービスを実装しない
のが一般的)
– 業界的にはTAS(Telecom Application Server)と呼ばれることが
多い
– 簡単なところだと番号通知・非通知の処理
• MRF(Media Resource Function): MRFC/MRFP
– 音声処理を行うサーバ
– 留守録とか、ガイダンスとか、メロディーコールとか、等々
• IP-SM-GW
– SMS over IP(VoLTEでのSMS)を終端する装置
– ASに見えるが、これをASと呼ぶことは聞いたことがない
(おそらく、音声を扱わないからだろう)
©Internet Initiative Japan Inc. 27
IMSの構成(事業者間通信)
• BGCF(Breakout Gateway Control Function)
– 他ドメインへのルーティングを決定するGW
• IBCF(Interconnection Border Control Function)
– 事業者間をSIP接続するためのGW
– 後述のTrGWをコントロールする役目
• TrGW(Transition Gateway)
– 事業者間のRTPを中継するGW
– CSCFにおけるIMS-AGWと同じ
• MGCF/IMS-MGW
– IP-CSを橋渡しするためのGW
– PSTNへはこれを経由してアクセスする
– PSTNで転送できるコーデックへの変換も大体ここで行われるため、
ここを経由するとVoLTEの高品質な音声の恩恵は受けられなくなる
©Internet Initiative Japan Inc. 28
IMS Registrationシーケンス(その1:鍵交換)
UE P-CSCF I-CSCF S-CSCF TAS HSS
SIP_REGISTER SIP_REGISTER
Dia_UAR
Dia_UAA
SIP_REGISTER
Dia_MAR
Dia_MAA
SIP_401/REG
SIP_401/REG
SIP_401/REG
IPsec SA/SP Established
Calculate
AKA
Store AV
Store IK/CK
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IMS Registrationシーケンス(その2:位置登録)
UE P-CSCF I-CSCF S-CSCF TAS HSS
SIP_REGISTER SIP_REGISTER
SIP_REGISTER
User Authentication
SIP_200/REG
SIP_200/REG
SIP_200/REG
SIP_REGISTER
SIP_200/REG
Dia_UAR
Dia_UAA
Dia_SAR
Dia_SAA
IPsec SA/SP Established
©Internet Initiative Japan Inc. 30
IMS Registrationシーケンス(その3:reg-event)
UE P-CSCF I-CSCF S-CSCF TAS HSS
IMS Registration
SIP_SUBSCRIBE SIP_SUBSCIRBE
SIP_200/SUB
SIP_200/SUB
SIP_NOTFIFY
SIP_NOTIFY
SIP_200/NOT SIP_200/NOT
SIP_SUBSCRIBE
SIP_200/SUB
SIP_NOTIFY
SIP_200/NOT
©Internet Initiative Japan Inc. 31
IMS Registrationシーケンス(概説)
• 大きく分けると3つのステップ
– REGISTER(1st) 〜 401/REGISTER
• UEとIMS間で鍵交換を行うステップ
• EPCのAuthenticationと同じように、IK/CK/RESがUEとIMS間で共有される
– MAAでAVをS-CSCFが受信(RESを保持)
– 401/REGISTERでIKとCKをP-CSCFが受信
– 401/REGISTERでAUTNとRANDをUEが受信(IKとCKは届かない)
– EPCのAKAと同様にIK/CK/RESをSIMで計算
• 同時にUEとP-CSCF間のIPsecのSA/SPが確立される
以降のUE〜P-CSCF間の通信は全てIPsec上で行われる
– 端末側のIPsecのパラメータはREGISTER(1st)でP-CSCFに送信
– P-CSCF側のIPsecのパラメータは401/REGISTERでUEに送信
– REGISTER(2nd) 〜 200/REGISTER
• UEのIMSへの位置登録(IP address)と認証を行うステップ
• UEの位置情報(IP address)がIMSコアに登録され、発着信可能となる
• また、TASへのUEの登録(S-CSCFが非同期で実施)も行われる
– SUBSCRIBE 〜 200/NOTIFY
• UEのIMSへの登録を完了するステップ
• regイベントと呼ばれるイベントの購読を行う
• これにより、網側からのde-Registrationが可能となる
©Internet Initiative Japan Inc. 32
すごくいいかげんなIMS MOシーケンス(その1:音声ベアラOpen)
UE P-CSCF I-CSCF S-CSCF TAS HSS
SIP_INVITE SIP_INVITE SIP_INVITE
SIP_183/INV
SIP_183/INV
SIP_INVITE
SIP_183/INV
SIP_183/INV
SIP_183/INV
SIP_PRACK SIP_PRACK SIP_PRACK
SIP_200/PRA
SIP_200/PRA
SIP_PRACK
SIP_PRACK
SIP_200/PRA
SIP_200/PRA
SIP_200/PRA
Open Voice Bearer
SIP_INVITE
Callee
©Internet Initiative Japan Inc. 33
すごくいいかげんなIMS MOシーケンス(その2:呼出)
UE P-CSCF I-CSCF S-CSCF TAS HSS
SIP_UPDATE SIP_UPDATE SIP_UPDATE
SIP_180/INV
SIP_180/INV
SIP_UPDATE
SIP_180/INV
SIP_180/INV
SIP_180/INV
SIP_PRACK SIP_PRACK SIP_PRACK
SIP_200/PRA
SIP_200/PRA
SIP_PRACK
SIP_PRACK
SIP_200/PRA
SIP_200/PRA
SIP_200/PRA
Voice Bearer Established
SIP_200/UPD
SIP_200/UPD
SIP_200/UPD
SIP_200/UPD
SIP_200/UPD
Ring Back Tone
SIP_UPDATE
Callee
©Internet Initiative Japan Inc. 34
すごくいいかげんなIMS MOシーケンス(その3:通話開始)
UE P-CSCF I-CSCF S-CSCF TAS HSS
SIP_200/UPD SIP_200/UPD SIP_200/UPD
SIP_200/INV
SIP_200/INV
SIP_200/UPD
SIP_200/UP
SIP_200/INV
SIP_200/INV
SIP_200/INV
SIP_ACK SIP_ACK SIP_ACK
SIP_ACK
SIP_ACK
SIP_UPDATE
SIP_UPDATE
SIP_UPDATE
SIP_UPDATE
SIP_UPDATE
Ring Back Tone
Talking
Callee
©Internet Initiative Japan Inc. 35
すごくいいかげんなIMS MOシーケンス(概説)
• 大きく分けると3つのステップ
– INVITE 〜 183/INVITE 〜 200/PRACK(1st)
• 着呼するまでのステップ
• この時点では、着側は鳴動していない
• このステップの直後、P-CSCF契機で、音声ベアラがオープンされる
– P-CSCFからDRAを経由してPCRFにUARが飛び、MODIFY BEARERが行われる
– UPDATE(1st) 〜 180/INVITE 〜 200/PRACK(2nd)
• 着呼からRBT(Ring Back Tone:呼出音のこと)を流すまでのステップ
• 音声ベアラがオープンされたことを発端末と着端末で通知し合う
– この通知にUPDATEを使っているが、網仕様によっては双方向で飛び交う
– このステップをSIPではprecondition機能と呼ぶ
• このステップの直後、着側からRBTが流れ鳴動状態となる
– RBTについては実際は着端末ではなく、IMSコアのMRFが流すことが多い
– UPDATE(2nd) 〜 200/INVITE 〜 ACK
• 通話を開始するステップ
• UPDATEを記載しているが、これはRBTから通話に切り替えるもので、網仕様では
使われない場合もある
– RBT送信時に発端末からの音声送信を制限している場合は使用する
– P-CSCF/IMS-AGWで音声を終端しているので、UPDATEがUEまで届かないことが多い
• ACKの送信をもって通話開始となる
©Internet Initiative Japan Inc. 36
すごくいいかげんなIMS MTシーケンス(その1:音声ベアラOpen)
UE P-CSCF I-CSCF S-CSCF TAS HSS
SIP_183/INV SIP_183/INV SIP_183/INV
SIP_183/INV
SIP_INVITE
Caller
Dia_LIR
Dia_LIA
SIP_INVITE SIP_INVITE
SIP_INVITE
SIP_INVITE SIP_INVITE
SIP_183/INV
SIP_183/INV
SIP_PRACK
SIP_PRACK
SIP_PRACK
SIP_PRACK SIP_PRACK
SIP_200/PRA SIP_200/PRA SIP_200/PRA
SIP_200/PRA
SIP_200/PRA
Open Voice Bearer
SIP_PRACK
SIP_200/PRA
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すごくいいかげんなIMS MTシーケンス(その2:呼出)
UE P-CSCF I-CSCF S-CSCF TAS HSS
SIP_PRACK
SIP_PRACK
SIP_PRACK
SIP_PRACK SIP_PRACK
SIP_200/PRA SIP_200/PRA SIP_200/PRA
SIP_200/PRA
SIP_200PRA
Voice Bearer Established
SIP_UDPATE SIP_UPDATE SIP_UPDATE
Caller
SIP_UPDATE
SIP_UPDATE
SIP_180/INV SIP_180/INV SIP_180/INV
SIP_180/INV
SIP_180/INV
SIP_180/INV
SIP_200/UPD
SIP_200/UPD
SIP_200/UPD
SIP_200/UPD SIP_200/UPD
Ring Back Tone
SIP_UPDATE
SIP_200/UPD
SIP_PRACK
SIP_200PRA
©Internet Initiative Japan Inc. 38
すごくいいかげんなIMS MTシーケンス(その3:通話開始)
UE P-CSCF I-CSCF S-CSCF TAS HSS
Caller
SIP_ACK
SIP_ACK
SIP_ACK
SIP_ACK SIP_ACK
SIP_UDPATE SIP_UPDATE SIP_UPDATE
SIP_UPDATE
SIP_UPDATE
SIP_200/INV SIP_200/INV SIP_200/INV
SIP_200/INV
SIP_200/INV
SIP_200/INV
SIP_200/UPD
SIP_200/UPD
SIP_200/UPD
SIP_200/UPD SIP_200/UPD
Ring Back Tone
Talking
SIP_UPDATE
SIP_200/UPD
SIP_ACK
©Internet Initiative Japan Inc. 39
すごくいいかげんなIMS MTシーケンス(概説)
• 大きく分けると3つのステップ(基本的にMOと同じ)
– INVITE 〜 183/INVITE 〜 200/PRACK(1st)
• 着呼するまでのステップ
• このステップの直後、P-CSCF契機で、音声ベアラがオープンされる
– P-CSCFからDRAを経由してPCRFにUARが飛び、MODIFY BEARERが行われる
– UPDATE(1st) 〜 180/INVITE 〜 200/PRACK(2nd)
• 着呼からRBTを流すまでのステップ
• 音声ベアラがオープンされたことを発端末と着端末で通知し合う
– この通知にUPDATEを使っているが、網仕様によっては双方向で飛び交う
– このステップをSIPではprecondition機能と呼ぶ
• このステップの直後、着側からRBTが流れ鳴動状態となる
– シーケンスではRBTがUEから流れているが、IMSコア内のMRFが流すのが多い
– UPDATE(2nd) 〜 200/INVITE 〜 ACK
• 通話を開始するステップ
• UPDATEを記載しているが、これはRBTから通話に切り替えるもので、網仕様では
使われない場合もある
– シーケンス図では記載したが多分使わないことが大半。
• ACKの送信をもって通話開始となる
©Internet Initiative Japan Inc. 40
IMS MO/MT共通
• TASについては発着、1ホップしか経由していないが、これも実
装依存
– 機能を集約している場合、1ホップでも問題ない
– 単機能毎に分けている場合、S-CSCFとTASを複数回往復する
• また、シーケンスには記載していないが、RBTを流すために、
TASからMRFの発呼が行われる場合もある
– この場合、TAS上では発UE-TAS、着UE-TAS、MRF-TASという3つ
のセッションが同居する
• その他、不完了呼でガイダンスを流す場合、着側からのエラーを
終端し、MRFに発呼しガイダンスを流すというシーケンスもある
– 交換機側での留守録もこの構成
– エラーレスポンス以外にタイムアウト契機で起動する場合もある
©Internet Initiative Japan Inc. 41
すごくいいかげんなIMS SM-MOシーケンス
UE P-CSCF I-CSCF S-CSCF IP-SM-GW HSS
SIP_MESSAGE SIP_MESSAGE SIP_MESSAGE
SIP_202/MES
SIP_202/MES SIP_202/MES
SIP_200/MES SIP_200/MES SIP_200/MES
SIP_MESSAGE
SIP_MESSAGE SIP_MESSAGE
Send Short Message to SMSC
©Internet Initiative Japan Inc. 42
すごくいいかげんなIMS SM-MOシーケンス(概説)
• 大きく分けて2つのステップ
– MESSAGE(1st) 〜 200/MESSAGE(1st)
• SMS-SUBMITに相当
– MESSAGE(2nd) 〜 200/MESSAGE(2nd)
• SMS-SUBMIT-REPORTに相当
©Internet Initiative Japan Inc. 43
すごくいいがけんなIMS SM-MTシーケンス
UE P-CSCF I-CSCF S-CSCF IP-SM-GW HSS
SIP_MESSAGE SIP_MESSAGE SIP_MESSAGE
SIP_202/MES
SIP_202/MES SIP_202/MES
SIP_200/MES SIP_200/MES SIP_200/MES
SIP_MESSAGE
SIP_MESSAGE SIP_MESSAGE
Receive Short Message from SMSC
©Internet Initiative Japan Inc. 44
すごくいいがけんなIMS SM-MTシーケンス(概説)
• 大きく分けて2つのステップ
– MESSAGE(1st) 〜 200/MESSAGE(1st)
• SMS-DELIVERに相当
– MESSAGE(2nd) 〜 200/MESSAGE(2nd)
• SMS-DELIVER-REPORTに相当
©Internet Initiative Japan Inc. 45
IMSのローミングについて
• 国外で携帯電話を使うためのローミングの方法はIMSでも定義さ
れている
• 基本的には従来の3Gの音声ローミングと同様、ローミング先の音
声交換設備の一部を借りて音声サービスの提供を行う
• 将来フルMVNOで音声サービスを提供する必要が生じた場合、
ローミング方式を元とした接続方式が考案されると想定される
©Internet Initiative Japan Inc. 46
GRXとIPX(中継事業者)
• モバイルの事業者間を繋ぐ事業者
– ローミングだけでなく、モバイル事業者の相互接続全般を中継する
• GRXにSIPとDiameterの中継機能(とQoSコントロール)を追
加したものがIPXと憶えておけばだいたいOK(らしい)
– 中継機能≠IP接続ではなく、SIP、DiameterをIPX内で終端する
– あとIMSを中継する場合、これに、ENUMのDNSの中継機能も必要
• IMSの国際ローミングは基本的にIPXが中継するが、S8ローミン
グについては、GRXでも可能(らしい)
– とは言え、品質的には厳しいらしい
• 事業者間に存在可能なIPXは最大2つ
©Internet Initiative Japan Inc. 47
ローミング方式
• 大きくわけて2系統の4種
• LBO(Local Break Out)系
– LBO-Optimus Media Routing(LBO-OMR)
• 音声メディアの通信ルートを最適化可能
• 音声中継事業者の時間課金が難しい、音声網の品質制御が困難な問題あり
– LBO-Loopback
• 3Gでのローミング方法
• 発信側事業者のMRFが使えず、音声付加サービスが提供できない
• ローミング先からの海外発信の中継事業者をコントロールできない
– LBO-Home Routed(LBO-HR)
• 音声付加サービスも含めて自網の設備を利用可能
• 最終的なVoLTEローミングのゴールと予想
• S8HR系
– S8-Home Routed(S8-HR)
• 既存データローミング方式がそのまま使え、IMSの改修もほぼない
• ローミング時のVoLTE緊急呼ができないという致命的な欠陥があり、CSのローミン
グ(もしくは匿名緊急呼)が必須
©Internet Initiative Japan Inc. 48
発信者側 着信者側
VoLTEローミング構成図(LBO-OMR方式)
P-CSCF
IBCF
IBCF
I/S-CSCF
HSS TAS MRF
IBCF
IBCF
IBCF
IBCF
P-CSCF
I/S-CSCF
HSS TAS MRF
TrGW
TrGW
UE UE
RTP
SIP
発側ホーム
発側ローミング先
着側ホーム
着側ローミング先
©Internet Initiative Japan Inc. 49
発信者側 着信者側
VoLTEローミング構成図(LBO-Loopback方式)
P-CSCF
IBCF
IBCF
I/S-CSCF
HSS TAS MRF
IBCF
IBCF
IBCF
P-CSCF
I/S-CSCF
HSS TAS MRF
IBCF
UE UE
TRF
RTP
SIP
発側ホーム
発側ローミング先
着側ホーム
着側ローミング先
©Internet Initiative Japan Inc. 50
発信者側 着信者側
VoLTEローミング構成図(LBO-HR方式)
P-CSCF
IBCF
IBCF
I/S-CSCF
HSS TAS MRF
IBCF
IBCF
IBCF
IBCF
P-CSCF
I/S-CSCF
HSS TAS MRF
UE UE
RTP
SIP
発側ホーム
発側ローミング先
着側ホーム
着側ローミング先
©Internet Initiative Japan Inc. 51
発信者側 着信者側
VoLTEローミング構成図(S8HR方式)
P-CSCF
I/S-CSCF
HSS TAS MRF
IBCF
IBCF
P-CSCF
I/S-CSCF
HSS TAS MRF
UE UE
RTP
SIP
発側ホーム
発側ローミング先
着側ホーム
着側ローミング先
©Internet Initiative Japan Inc. 52
まとめ
• 本日は、電話の成り立ちから、現在のモバイル電話の標準である
VoLTEの仕組みについて学習しました。
• VoLTE(IMS)になって、必要となるサーバも増え、複雑な構成
を構築する必要があるというこが理解していただけたかと思いま
す。
• 電話はレガシー技術になりつつあるなか、MVNOが電話関連にど
こまで踏み込むことになるか将来は不明です。今後、MVNOが電
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なっていただければ幸いです。
©Internet Initiative Japan Inc. 53

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IIJmio meeting 31 音声通信の世界

  • 1. ©Internet Initiative Japan Inc. 1 2021/10/30 MVNO事業部 技術開発部 MVNO技術開発課 圓山 大介 音声通信の世界
  • 2. ©Internet Initiative Japan Inc. 2 スピーカー紹介 名前: 圓山 大介 経歴、業務内容: 2018年7月にIIJに入社。 最近の業務は主に新規サービス企画検討。 IIJmio meetingでは#24(eSIM)、#26(Private LTE)で登壇。 今回は、入社前に関わってきた電話(主にVoIP)につ いて解説します。 趣味等: 今年に入って自転車(MTB)を再開。奥多摩湖とか奥 武蔵GLあたりが生息地(CRには出没しない)。 話者近影
  • 3. ©Internet Initiative Japan Inc. 3 本日のメニュー • 音声通信の歴史 • VoIPとは • IMSとは • IMSのシーケンス • IMSのローミング
  • 4. ©Internet Initiative Japan Inc. 4 音声通信の歴史〜1〜 • アナログ交換機 – 交換手→ステップ・バイ・ステップ→クロスバースイッチ • デジタル交換機 – 交換機のデジタル処理→信号方式のデジタル化 • IP交換機 – VoIP→IMS→VoLTE
  • 5. ©Internet Initiative Japan Inc. 5 交換機の役割 • 電話同士を1対の線で繋いで音声を伝送するのが目的。
  • 6. ©Internet Initiative Japan Inc. 6 交換機の役割 • 電話同士を1対の線で繋いで音声を伝送するのが目的。 • 全ての電話をフルメッシュで繋ぐのは配線的に不可能。
  • 7. ©Internet Initiative Japan Inc. 7 交換機の役割 • 電話同士を1対の線で繋いで音声を伝送するのが目的。 • 全ての電話をフルメッシュで繋ぐのは配線的に不可能。 • そこで、各電話から特定のポイント(=局)まで線で繋ぎ、局の 中で必要になったタイミングで実際に繋ぐ。
  • 8. ©Internet Initiative Japan Inc. 8 交換機の役割 • 電話同士を1対の線で繋いで音声を伝送するのが目的。 • 全ての電話をフルメッシュで繋ぐのは配線的に不可能。 • そこで、各電話から特定のポイント(=局)まで線で繋ぎ、局の 中で必要になったタイミングで実際に繋ぐ。 • また、1つの局で収容できる電話の数に限界があるので、地理エ リア等に分割して収容(=加入者収容局)。 加入者収容局
  • 9. ©Internet Initiative Japan Inc. 9 交換機の役割 • 電話同士を1対の線で繋いで音声を伝送するのが目的。 • 全ての電話をフルメッシュで繋ぐのは配線的に不可能。 • そこで、各電話から特定のポイント(=局)まで線で繋ぎ、局の 中で必要になったタイミングで実際に繋ぐ。 • また、1つの局で収容できる電話の数に限界があるので、地理エ リアに分割して収容(=加入者収容局)。 • 加入者収容局同士をフルメッシュで繋ぐのも配線的に難しく、加 入者収容局を収容する局(=中継局)を設置。 加入者収容局 中継局 中継局
  • 10. ©Internet Initiative Japan Inc. 10 アナログ音声交換機 • 交換機の変遷(人手から自動化) – 交換手 人手、口頭で接続を依頼 – ステップ・バイ・ステップ交換機 自動化、パルス信号駆動 – クロスバー交換機 制御信号と音声信号の分割、高速化、トーン信号対応 – 電子交換機 処理のソフトウェア化、機能追加の効率化、付加サービスの実現 • 制御部分の実装は変遷しているが、音声をアナログ信号として伝 送するために、結線して経路を作るという部分は同じ – 多重化は物理配線という空間分割方式のみ 音声経路の設備の規模が大きくなる – アナログ信号をそのまま転送するため電力消費が大きくなる
  • 11. ©Internet Initiative Japan Inc. 11 デジタル交換機 • 音声信号まで含めたデジタル処理の実現 – 時分割方式(TDM)による多重化の導入 – 音声以外のデータ(Fax等)の効率的な伝送 • SS7: Signaling System No.7(共通線信号No7) – いわゆるISDN回線 – 事業者網内についてはISDN回線より先にデジタル化 (この辺は後述するIP化も同様に網内から導入されている) – 現在の公衆回線網を構成する重要なプロトコル群 (電話部分はISUPと呼ばれるプロトコル)
  • 12. ©Internet Initiative Japan Inc. 12 パケット交換機 • 回線交換方式からパケット(IP)交換方式へ – TDMによる多重化からパケット転送による集約 – プロトコルとしては安価になったIPを利用 – 伝送路のコストの大幅な削減を実現 • 複数の制御方式 – SIGTRAN(回線交換方式なのでVoIPではない) – H.323 – SIP • 最終的にSIPが制御方式としてスタンダード
  • 13. ©Internet Initiative Japan Inc. 13 IP化のメリット・デメリット • IP化のメリット – パケット交換によるネットワークの利用効率の向上とインターネット とネットワーク共有による回線費用の低減 – 汎用部品の利用によるCAPEX/OPEXの削減 – 距離別料金からの脱却 • IP化のデメリット – 信頼性の低下 – 遅延、ジッターの発生 – 初期投資(交換機設備だけではなく、端末の更改が必要)
  • 14. ©Internet Initiative Japan Inc. 14 IP化の方式 • SIGTRAN(IETF) – SS7の信号をIPネットワークにのせたもの – 回線交換の制御信号をIP化した規格でありパケット交換方式ではない – SS7のどのレイヤでIP化するかによって、M2TP(MTP2)、M3UA (MTP3)、SUA(SCCP)と複数の方式が存在 網間がM2TP、網内がM3UAという構成が一般的 – トランスポートプロトコルのSCTPはほぼこれを運ぶために開発 • H.323(ITU) – 制御信号と音声を含む仕様 • SIP(IETF) – 制御信号として策定 – VoIPの制御プロトコルとしては事実上の標準 – セッション交換はSDP、音声はRTP/RTCPを使用
  • 15. ©Internet Initiative Japan Inc. 15 IP化の例 • IP-Centrex – 東京ガス・ショック(2002年)が事例として有名 フュージョンコミュニケーションズ(現楽天コミュニケーションズ) • Asterisk – オープンソースのIP-PBX 個人的にはSIPの口も持ったソフトウェアPBXの印象 – 国内だと秋田県大館市の事例(2009年)が有名 • ひかり電話 – NTTのNGN – 加入者電話(0AB-J)のIP化 • VoLTE – 携帯電話のIP化 – 後述
  • 16. ©Internet Initiative Japan Inc. 16 接続構成例(IP-Centrex) SBC C5SS C4SS Application Server Media Server 他事業者網 アクセス網 Centrex網
  • 17. ©Internet Initiative Japan Inc. 17 接続構成例(VoLTE) IBCF S-CSCF I-CSCF AS BGCF HSS PCRF MME PGW SGW P-CSCF IMS-AGW eNB eNB MRF TrGW MGCF IMS-MGW
  • 18. ©Internet Initiative Japan Inc. 18 VoIPとは(概要) • Voice over Internet Protocolの略 – 音声をIP上で転送する規格の意 – 特定のプロトコルを指す用語ではない • 現在の方式だとSIP/SDPを使ったセッション管理とRTP/RTCP によるメディア送信を利用した方式を指す – IETFで策定されたオープンな規格で構成 • その他の方式 – H.323 SS7同じくITUのプロトコルだがSIPに負けた感じ – WebRTC エンドユーザとの通信・インターフェース規格でバックボーンは従来 のPSTNやVoIPで構築 Web BrowserのAPIとしての規格とWebSocketをトランスポートと した規格の2種類が存在(一般的にWebRTCと言うと前者)
  • 19. ©Internet Initiative Japan Inc. 19 VoIPとは(ノードの種類) • UA:User Agent – 信号を終端するノード – いわゆる端末にあたるがProxy以外は全てこれ – 端末以外の実装は後述のMedia ServerやMedia Gateway等 – 細かくはUAC/UASに分けられるが、双方向通信なのでトランザク ション単位で役割りが入れ替わる • Proxy – 信号を中継するノード – 交換機に相当するノード – 後述のApplication Serverの場合が多い • B2BUA:Back to Back User Agent – UAとして機能しつつ信号を中継するノード – Proxyの高機能化したものの位置付けでProxyのほぼ上位互換 – メジャーな用途は後述するSBC – 最近は交換機もこれで実装することが多い
  • 20. ©Internet Initiative Japan Inc. 20 VoIPとは(サーバの種類) • 加入者収容サーバ(C5SS、PBX) – 加入者を収容し認証やサービスの認可等を行うサーバ • SBC:Session Border Controller – VoIPにおけるGatewayの役割で網間のPOIに設置するサーバ – 加入者電話と加入者収容サーバの間にも設置 • MGW:Media Gateway – プロトロル変換(VoIP⇔回線交換)を行うサーバ – FXO/FXIやBRI/PRIを接続するVoIPアダプタやHGWも同様 • MS:Media Server – RBTやガイダンスの送出、IVRサービスの提供など音声を扱うサーバ • AS:Application Server – 様々な付加機能を与えるサーバ – モノシリックな構成だと加入者収容サーバに纏めて実装
  • 21. ©Internet Initiative Japan Inc. 21 IMSとは(概要) • IP Multimedia Subsystemの略 – これは3GPPの名称で、3GPP2ではMMD(Multimedia Domain)と 呼ばれる – またTISPANでもIMSが標準化され、3GPPに別枠で登録 • Multimediaの名前の通り、音声、映像といった情報をIP上で流 すためのシステムの総称 – 電話回線以外の用途も想定した規格 – 単なるストリーミングの規格ではなく、QoSを含めた制御を行うシス テムとして構築される(従来のVoIPの拡張) – ITUが提唱したNGN(Next Generation Network:次世代ネット ワーク)を3GPPとして実装したものと言える • IMSをモバイルLTEの上で運用するための規格を定めたのが VoLTE – GSMAで定義 – 一番大きな点はIMS APNと、P-CSCF Discoveryの定義
  • 22. ©Internet Initiative Japan Inc. 22 IMSとは(特徴) • フルオープンなプロトコル – IETFで標準化されていたプロトコルを採用 • SIP(呼制御) • SDP(セッション交換) • H.248(GW制御: 元はIETFのMEGACO) • RTP/RTCP(メディア転送) • Diameter(AAA、データベースアクセス) • DNS(番号ルーティング、ENUMの下位プロトコル) – IP上のプロトコルということで、All-IPを志向するLTEの考えに合致 • セキュリティ機能の拡張 – SIMを使ったIMS-AKAを採用することで、セキュリティを強化 – LTEの位置登録と同等のセキュリティをIMSの位置登録に具備 • QoS制御の拡張 – 無線区間のアクセス網のQoS制御方法を定義し、OTT-VoIPと比較し て高品質の通信を実現
  • 23. ©Internet Initiative Japan Inc. 23 IMSとは(VoLTEの特徴) • 共通APN(ims)の定義 – どの端末でもどの事業者に対しても共通のAPN接続が可能 – 非キャリア端末の利用やローミング接続での追加設定が不要 • QCIの設定 – SIP信号(QCI=5)は低遅延、高信頼性 – 音声RTP(QCI=1)は低遅延、帯域保証 – (参考)OTT-VoIPの場合はQCI=9のベストエフォート品質 • P-CSCF Discoveryの手法確定 – P-CSCFのAddressはPDP Context生成時にPCOで取得 • Security Agreementのパラメータ標準化 – IPsecのパラメータについて、サポートすべき方式・アルゴリズムを 規定 • 音声コーデックの規定 – Wide-Band(サンプリングレート16kHz)のAMR-WBを採用 – 3Gの時と比較してサンプリングレートは倍化(8kHz → 16kHz)
  • 24. ©Internet Initiative Japan Inc. 24 IMSの構成(3GPP TS 23.002より転載) E-CSCF P-CSCF S-CSCF MGCF HSS Cx IP Multimedia Networks IMS- MGW CS Network Mn Mb Mg Mm MRFP Mb Mr Mb Legacy mobile signalling Networks I-CSCF Mw Mw Gm BGCF Mj Mi BGCF Mk Mk C, D, Gc, Gr UE Mb Mb Mb MRFC SLF Dx Mp CS CS Rx Mm LRF Ml Le BGCF Mi LCS Client Cx Dx Sh Ut Mw ISC IBCF Mx Mx Mx Ma Dh TrGW Izi Ici, Mm Ix Mg MRB ISC Cr Rc I4 AS EATF Mx Mm Mb IMS AGW Iq
  • 25. ©Internet Initiative Japan Inc. 25 IMSの構成(CSCF: Call Session Control Function) • P-CSCF(Proxy-CSCF) – アクセス網とIMSコアネットワークの境界に配置されるサーバ – 音声ベアラ制御のため、EPC(PCRF)に対してAFとして振る舞う • S-CSCF(Serving-CSCF) – CSCFの中のさらに中核で、実際のセッション制御をこなすサーバ – HSSにアクセスし、加入者プロファイルを保持する役目 • I-CSCF(Interrogating-CSCF) – S-CSCFを選択するためのサーバ(PLMN間通信で利用) – 初回の位置登録はI-CSCFを経由する • IMS-ALG/IMS-AGW – 音声メディアトラヒックの中継装置 – P-CSCFと縮退していることが大半 • E-CSCF(Emergency-CSCF) – 緊急呼用のCSCF
  • 26. ©Internet Initiative Japan Inc. 26 IMSの構成(付加サービス) • AS(Application Server) – S-CSCFで不足する付加的な処理を行うサーバ (S-CSCFではセッション制御に専念し、付加サービスを実装しない のが一般的) – 業界的にはTAS(Telecom Application Server)と呼ばれることが 多い – 簡単なところだと番号通知・非通知の処理 • MRF(Media Resource Function): MRFC/MRFP – 音声処理を行うサーバ – 留守録とか、ガイダンスとか、メロディーコールとか、等々 • IP-SM-GW – SMS over IP(VoLTEでのSMS)を終端する装置 – ASに見えるが、これをASと呼ぶことは聞いたことがない (おそらく、音声を扱わないからだろう)
  • 27. ©Internet Initiative Japan Inc. 27 IMSの構成(事業者間通信) • BGCF(Breakout Gateway Control Function) – 他ドメインへのルーティングを決定するGW • IBCF(Interconnection Border Control Function) – 事業者間をSIP接続するためのGW – 後述のTrGWをコントロールする役目 • TrGW(Transition Gateway) – 事業者間のRTPを中継するGW – CSCFにおけるIMS-AGWと同じ • MGCF/IMS-MGW – IP-CSを橋渡しするためのGW – PSTNへはこれを経由してアクセスする – PSTNで転送できるコーデックへの変換も大体ここで行われるため、 ここを経由するとVoLTEの高品質な音声の恩恵は受けられなくなる
  • 28. ©Internet Initiative Japan Inc. 28 IMS Registrationシーケンス(その1:鍵交換) UE P-CSCF I-CSCF S-CSCF TAS HSS SIP_REGISTER SIP_REGISTER Dia_UAR Dia_UAA SIP_REGISTER Dia_MAR Dia_MAA SIP_401/REG SIP_401/REG SIP_401/REG IPsec SA/SP Established Calculate AKA Store AV Store IK/CK
  • 29. ©Internet Initiative Japan Inc. 29 IMS Registrationシーケンス(その2:位置登録) UE P-CSCF I-CSCF S-CSCF TAS HSS SIP_REGISTER SIP_REGISTER SIP_REGISTER User Authentication SIP_200/REG SIP_200/REG SIP_200/REG SIP_REGISTER SIP_200/REG Dia_UAR Dia_UAA Dia_SAR Dia_SAA IPsec SA/SP Established
  • 30. ©Internet Initiative Japan Inc. 30 IMS Registrationシーケンス(その3:reg-event) UE P-CSCF I-CSCF S-CSCF TAS HSS IMS Registration SIP_SUBSCRIBE SIP_SUBSCIRBE SIP_200/SUB SIP_200/SUB SIP_NOTFIFY SIP_NOTIFY SIP_200/NOT SIP_200/NOT SIP_SUBSCRIBE SIP_200/SUB SIP_NOTIFY SIP_200/NOT
  • 31. ©Internet Initiative Japan Inc. 31 IMS Registrationシーケンス(概説) • 大きく分けると3つのステップ – REGISTER(1st) 〜 401/REGISTER • UEとIMS間で鍵交換を行うステップ • EPCのAuthenticationと同じように、IK/CK/RESがUEとIMS間で共有される – MAAでAVをS-CSCFが受信(RESを保持) – 401/REGISTERでIKとCKをP-CSCFが受信 – 401/REGISTERでAUTNとRANDをUEが受信(IKとCKは届かない) – EPCのAKAと同様にIK/CK/RESをSIMで計算 • 同時にUEとP-CSCF間のIPsecのSA/SPが確立される 以降のUE〜P-CSCF間の通信は全てIPsec上で行われる – 端末側のIPsecのパラメータはREGISTER(1st)でP-CSCFに送信 – P-CSCF側のIPsecのパラメータは401/REGISTERでUEに送信 – REGISTER(2nd) 〜 200/REGISTER • UEのIMSへの位置登録(IP address)と認証を行うステップ • UEの位置情報(IP address)がIMSコアに登録され、発着信可能となる • また、TASへのUEの登録(S-CSCFが非同期で実施)も行われる – SUBSCRIBE 〜 200/NOTIFY • UEのIMSへの登録を完了するステップ • regイベントと呼ばれるイベントの購読を行う • これにより、網側からのde-Registrationが可能となる
  • 32. ©Internet Initiative Japan Inc. 32 すごくいいかげんなIMS MOシーケンス(その1:音声ベアラOpen) UE P-CSCF I-CSCF S-CSCF TAS HSS SIP_INVITE SIP_INVITE SIP_INVITE SIP_183/INV SIP_183/INV SIP_INVITE SIP_183/INV SIP_183/INV SIP_183/INV SIP_PRACK SIP_PRACK SIP_PRACK SIP_200/PRA SIP_200/PRA SIP_PRACK SIP_PRACK SIP_200/PRA SIP_200/PRA SIP_200/PRA Open Voice Bearer SIP_INVITE Callee
  • 33. ©Internet Initiative Japan Inc. 33 すごくいいかげんなIMS MOシーケンス(その2:呼出) UE P-CSCF I-CSCF S-CSCF TAS HSS SIP_UPDATE SIP_UPDATE SIP_UPDATE SIP_180/INV SIP_180/INV SIP_UPDATE SIP_180/INV SIP_180/INV SIP_180/INV SIP_PRACK SIP_PRACK SIP_PRACK SIP_200/PRA SIP_200/PRA SIP_PRACK SIP_PRACK SIP_200/PRA SIP_200/PRA SIP_200/PRA Voice Bearer Established SIP_200/UPD SIP_200/UPD SIP_200/UPD SIP_200/UPD SIP_200/UPD Ring Back Tone SIP_UPDATE Callee
  • 34. ©Internet Initiative Japan Inc. 34 すごくいいかげんなIMS MOシーケンス(その3:通話開始) UE P-CSCF I-CSCF S-CSCF TAS HSS SIP_200/UPD SIP_200/UPD SIP_200/UPD SIP_200/INV SIP_200/INV SIP_200/UPD SIP_200/UP SIP_200/INV SIP_200/INV SIP_200/INV SIP_ACK SIP_ACK SIP_ACK SIP_ACK SIP_ACK SIP_UPDATE SIP_UPDATE SIP_UPDATE SIP_UPDATE SIP_UPDATE Ring Back Tone Talking Callee
  • 35. ©Internet Initiative Japan Inc. 35 すごくいいかげんなIMS MOシーケンス(概説) • 大きく分けると3つのステップ – INVITE 〜 183/INVITE 〜 200/PRACK(1st) • 着呼するまでのステップ • この時点では、着側は鳴動していない • このステップの直後、P-CSCF契機で、音声ベアラがオープンされる – P-CSCFからDRAを経由してPCRFにUARが飛び、MODIFY BEARERが行われる – UPDATE(1st) 〜 180/INVITE 〜 200/PRACK(2nd) • 着呼からRBT(Ring Back Tone:呼出音のこと)を流すまでのステップ • 音声ベアラがオープンされたことを発端末と着端末で通知し合う – この通知にUPDATEを使っているが、網仕様によっては双方向で飛び交う – このステップをSIPではprecondition機能と呼ぶ • このステップの直後、着側からRBTが流れ鳴動状態となる – RBTについては実際は着端末ではなく、IMSコアのMRFが流すことが多い – UPDATE(2nd) 〜 200/INVITE 〜 ACK • 通話を開始するステップ • UPDATEを記載しているが、これはRBTから通話に切り替えるもので、網仕様では 使われない場合もある – RBT送信時に発端末からの音声送信を制限している場合は使用する – P-CSCF/IMS-AGWで音声を終端しているので、UPDATEがUEまで届かないことが多い • ACKの送信をもって通話開始となる
  • 36. ©Internet Initiative Japan Inc. 36 すごくいいかげんなIMS MTシーケンス(その1:音声ベアラOpen) UE P-CSCF I-CSCF S-CSCF TAS HSS SIP_183/INV SIP_183/INV SIP_183/INV SIP_183/INV SIP_INVITE Caller Dia_LIR Dia_LIA SIP_INVITE SIP_INVITE SIP_INVITE SIP_INVITE SIP_INVITE SIP_183/INV SIP_183/INV SIP_PRACK SIP_PRACK SIP_PRACK SIP_PRACK SIP_PRACK SIP_200/PRA SIP_200/PRA SIP_200/PRA SIP_200/PRA SIP_200/PRA Open Voice Bearer SIP_PRACK SIP_200/PRA
  • 37. ©Internet Initiative Japan Inc. 37 すごくいいかげんなIMS MTシーケンス(その2:呼出) UE P-CSCF I-CSCF S-CSCF TAS HSS SIP_PRACK SIP_PRACK SIP_PRACK SIP_PRACK SIP_PRACK SIP_200/PRA SIP_200/PRA SIP_200/PRA SIP_200/PRA SIP_200PRA Voice Bearer Established SIP_UDPATE SIP_UPDATE SIP_UPDATE Caller SIP_UPDATE SIP_UPDATE SIP_180/INV SIP_180/INV SIP_180/INV SIP_180/INV SIP_180/INV SIP_180/INV SIP_200/UPD SIP_200/UPD SIP_200/UPD SIP_200/UPD SIP_200/UPD Ring Back Tone SIP_UPDATE SIP_200/UPD SIP_PRACK SIP_200PRA
  • 38. ©Internet Initiative Japan Inc. 38 すごくいいかげんなIMS MTシーケンス(その3:通話開始) UE P-CSCF I-CSCF S-CSCF TAS HSS Caller SIP_ACK SIP_ACK SIP_ACK SIP_ACK SIP_ACK SIP_UDPATE SIP_UPDATE SIP_UPDATE SIP_UPDATE SIP_UPDATE SIP_200/INV SIP_200/INV SIP_200/INV SIP_200/INV SIP_200/INV SIP_200/INV SIP_200/UPD SIP_200/UPD SIP_200/UPD SIP_200/UPD SIP_200/UPD Ring Back Tone Talking SIP_UPDATE SIP_200/UPD SIP_ACK
  • 39. ©Internet Initiative Japan Inc. 39 すごくいいかげんなIMS MTシーケンス(概説) • 大きく分けると3つのステップ(基本的にMOと同じ) – INVITE 〜 183/INVITE 〜 200/PRACK(1st) • 着呼するまでのステップ • このステップの直後、P-CSCF契機で、音声ベアラがオープンされる – P-CSCFからDRAを経由してPCRFにUARが飛び、MODIFY BEARERが行われる – UPDATE(1st) 〜 180/INVITE 〜 200/PRACK(2nd) • 着呼からRBTを流すまでのステップ • 音声ベアラがオープンされたことを発端末と着端末で通知し合う – この通知にUPDATEを使っているが、網仕様によっては双方向で飛び交う – このステップをSIPではprecondition機能と呼ぶ • このステップの直後、着側からRBTが流れ鳴動状態となる – シーケンスではRBTがUEから流れているが、IMSコア内のMRFが流すのが多い – UPDATE(2nd) 〜 200/INVITE 〜 ACK • 通話を開始するステップ • UPDATEを記載しているが、これはRBTから通話に切り替えるもので、網仕様では 使われない場合もある – シーケンス図では記載したが多分使わないことが大半。 • ACKの送信をもって通話開始となる
  • 40. ©Internet Initiative Japan Inc. 40 IMS MO/MT共通 • TASについては発着、1ホップしか経由していないが、これも実 装依存 – 機能を集約している場合、1ホップでも問題ない – 単機能毎に分けている場合、S-CSCFとTASを複数回往復する • また、シーケンスには記載していないが、RBTを流すために、 TASからMRFの発呼が行われる場合もある – この場合、TAS上では発UE-TAS、着UE-TAS、MRF-TASという3つ のセッションが同居する • その他、不完了呼でガイダンスを流す場合、着側からのエラーを 終端し、MRFに発呼しガイダンスを流すというシーケンスもある – 交換機側での留守録もこの構成 – エラーレスポンス以外にタイムアウト契機で起動する場合もある
  • 41. ©Internet Initiative Japan Inc. 41 すごくいいかげんなIMS SM-MOシーケンス UE P-CSCF I-CSCF S-CSCF IP-SM-GW HSS SIP_MESSAGE SIP_MESSAGE SIP_MESSAGE SIP_202/MES SIP_202/MES SIP_202/MES SIP_200/MES SIP_200/MES SIP_200/MES SIP_MESSAGE SIP_MESSAGE SIP_MESSAGE Send Short Message to SMSC
  • 42. ©Internet Initiative Japan Inc. 42 すごくいいかげんなIMS SM-MOシーケンス(概説) • 大きく分けて2つのステップ – MESSAGE(1st) 〜 200/MESSAGE(1st) • SMS-SUBMITに相当 – MESSAGE(2nd) 〜 200/MESSAGE(2nd) • SMS-SUBMIT-REPORTに相当
  • 43. ©Internet Initiative Japan Inc. 43 すごくいいがけんなIMS SM-MTシーケンス UE P-CSCF I-CSCF S-CSCF IP-SM-GW HSS SIP_MESSAGE SIP_MESSAGE SIP_MESSAGE SIP_202/MES SIP_202/MES SIP_202/MES SIP_200/MES SIP_200/MES SIP_200/MES SIP_MESSAGE SIP_MESSAGE SIP_MESSAGE Receive Short Message from SMSC
  • 44. ©Internet Initiative Japan Inc. 44 すごくいいがけんなIMS SM-MTシーケンス(概説) • 大きく分けて2つのステップ – MESSAGE(1st) 〜 200/MESSAGE(1st) • SMS-DELIVERに相当 – MESSAGE(2nd) 〜 200/MESSAGE(2nd) • SMS-DELIVER-REPORTに相当
  • 45. ©Internet Initiative Japan Inc. 45 IMSのローミングについて • 国外で携帯電話を使うためのローミングの方法はIMSでも定義さ れている • 基本的には従来の3Gの音声ローミングと同様、ローミング先の音 声交換設備の一部を借りて音声サービスの提供を行う • 将来フルMVNOで音声サービスを提供する必要が生じた場合、 ローミング方式を元とした接続方式が考案されると想定される
  • 46. ©Internet Initiative Japan Inc. 46 GRXとIPX(中継事業者) • モバイルの事業者間を繋ぐ事業者 – ローミングだけでなく、モバイル事業者の相互接続全般を中継する • GRXにSIPとDiameterの中継機能(とQoSコントロール)を追 加したものがIPXと憶えておけばだいたいOK(らしい) – 中継機能≠IP接続ではなく、SIP、DiameterをIPX内で終端する – あとIMSを中継する場合、これに、ENUMのDNSの中継機能も必要 • IMSの国際ローミングは基本的にIPXが中継するが、S8ローミン グについては、GRXでも可能(らしい) – とは言え、品質的には厳しいらしい • 事業者間に存在可能なIPXは最大2つ
  • 47. ©Internet Initiative Japan Inc. 47 ローミング方式 • 大きくわけて2系統の4種 • LBO(Local Break Out)系 – LBO-Optimus Media Routing(LBO-OMR) • 音声メディアの通信ルートを最適化可能 • 音声中継事業者の時間課金が難しい、音声網の品質制御が困難な問題あり – LBO-Loopback • 3Gでのローミング方法 • 発信側事業者のMRFが使えず、音声付加サービスが提供できない • ローミング先からの海外発信の中継事業者をコントロールできない – LBO-Home Routed(LBO-HR) • 音声付加サービスも含めて自網の設備を利用可能 • 最終的なVoLTEローミングのゴールと予想 • S8HR系 – S8-Home Routed(S8-HR) • 既存データローミング方式がそのまま使え、IMSの改修もほぼない • ローミング時のVoLTE緊急呼ができないという致命的な欠陥があり、CSのローミン グ(もしくは匿名緊急呼)が必須
  • 48. ©Internet Initiative Japan Inc. 48 発信者側 着信者側 VoLTEローミング構成図(LBO-OMR方式) P-CSCF IBCF IBCF I/S-CSCF HSS TAS MRF IBCF IBCF IBCF IBCF P-CSCF I/S-CSCF HSS TAS MRF TrGW TrGW UE UE RTP SIP 発側ホーム 発側ローミング先 着側ホーム 着側ローミング先
  • 49. ©Internet Initiative Japan Inc. 49 発信者側 着信者側 VoLTEローミング構成図(LBO-Loopback方式) P-CSCF IBCF IBCF I/S-CSCF HSS TAS MRF IBCF IBCF IBCF P-CSCF I/S-CSCF HSS TAS MRF IBCF UE UE TRF RTP SIP 発側ホーム 発側ローミング先 着側ホーム 着側ローミング先
  • 50. ©Internet Initiative Japan Inc. 50 発信者側 着信者側 VoLTEローミング構成図(LBO-HR方式) P-CSCF IBCF IBCF I/S-CSCF HSS TAS MRF IBCF IBCF IBCF IBCF P-CSCF I/S-CSCF HSS TAS MRF UE UE RTP SIP 発側ホーム 発側ローミング先 着側ホーム 着側ローミング先
  • 51. ©Internet Initiative Japan Inc. 51 発信者側 着信者側 VoLTEローミング構成図(S8HR方式) P-CSCF I/S-CSCF HSS TAS MRF IBCF IBCF P-CSCF I/S-CSCF HSS TAS MRF UE UE RTP SIP 発側ホーム 発側ローミング先 着側ホーム 着側ローミング先
  • 52. ©Internet Initiative Japan Inc. 52 まとめ • 本日は、電話の成り立ちから、現在のモバイル電話の標準である VoLTEの仕組みについて学習しました。 • VoLTE(IMS)になって、必要となるサーバも増え、複雑な構成 を構築する必要があるというこが理解していただけたかと思いま す。 • 電話はレガシー技術になりつつあるなか、MVNOが電話関連にど こまで踏み込むことになるか将来は不明です。今後、MVNOが電 話サービスに取り組むことになった際に酒のツマミのネタにでも なっていただければ幸いです。