Qu’est-ce que l’IMS ? L’architecture IP Multimedia Subsystem expliquée aux ingénieurs voix

Vous rencontrez l’IMS dès qu’un appel VoLTE arrive sur votre interconnexion, qu’un opérateur mobile vous demande un appairage avec son cœur de réseau, ou qu’un message RCS a besoin d’un point de terminaison. L’acronyme apparaît dans les fiches techniques, les accords de peering et les tickets d’incident, généralement sans que personne ne prenne le temps de le définir. En télécommunications, IMS signifie IP Multimedia Subsystem, le cœur IP standardisé qui achemine la voix, la vidéo et la messagerie sur un seul réseau paquet.

Dans cet article, nous vous présentons ce qu’est l’IMS, les éléments fonctionnels qui composent le cœur IMS, le cheminement d’une session à travers celui-ci, et la place qu’occupe le contrôleur de session en périphérie (SBC) à ses frontières. Si vous exploitez des interconnexions SIP ou évaluez des SBC, c’est la couche qui explique pourquoi une si grande part du trafic opérateur finit par arriver à votre périmètre. TelcoBridges travaille depuis plus de vingt ans précisément à cette frontière entre la signalisation TDM traditionnelle et l’IP moderne.

Ce que signifie IMS (et ce qu’il ne signifie pas)

IMS signifie IP Multimedia Subsystem, une architecture standardisée par le 3GPP dans la spécification TS 23.228. C’est un cadre de référence, pas un produit ou un équipement unique. Les opérateurs achètent des implémentations IMS auprès de fournisseurs, et chaque fournisseur transpose les fonctions standardisées dans son propre logiciel, mais l’architecture de référence et les interfaces entre fonctions restent cohérentes d’un déploiement à l’autre. Cette cohérence est tout l’intérêt : elle permet à un appel initié sur le cœur IMS d’un opérateur de se terminer sur celui d’un autre sans que l’une ou l’autre des parties ait à deviner comment l’autre a construit son réseau.

L’IMS existe pour fusionner ce qui était auparavant des réseaux séparés. Avant lui, la voix fonctionnait sur une infrastructure à commutation de circuits, la messagerie empruntait son propre chemin de signalisation, et chaque nouveau service nécessitait un silo supplémentaire. L’IMS place la voix sur LTE (VoLTE), l’appel vidéo et la messagerie sur un seul cœur IP bâti autour du protocole SIP (Session Initiation Protocol), défini dans la RFC 3261. Si vous souhaitez comprendre le protocole lui-même avant d’aller plus loin, notre guide sur les fondamentaux de la signalisation SIP couvre la couche dont tout dans l’IMS dépend. En résumé : chaque session dans l’IMS est établie, modifiée et libérée par SIP, et les éléments décrits ci-dessous sont essentiellement des serveurs SIP spécialisés avec des rôles définis.

L’architecture IMS : éléments fonctionnels du cœur

L’IMS est généralement représenté sous forme de trois plans horizontaux. Le plan d’accès est l’endroit où l’équipement utilisateur (UE) se connecte. Le plan de contrôle constitue le cœur IMS proprement dit, où l’enregistrement et le contrôle des sessions ont lieu. Le plan applicatif héberge la logique de service. La majeure partie de la complexité apparente de l’IMS réside dans le plan de contrôle, c’est donc là qu’un ingénieur voix doit concentrer son attention.

La famille CSCF

Au cœur de l’IMS se trouvent les Call Session Control Functions (CSCF), les serveurs SIP qui enregistrent les utilisateurs et acheminent les sessions. Il en existe trois, chacun avec un rôle distinct.

Le Proxy-CSCF (P-CSCF) est le premier point de contact de l’équipement utilisateur avec le réseau. Chaque message SIP provenant de l’UE entre et sort par le P-CSCF, ce qui en fait la frontière d’accès du cœur IMS. Il gère l’association de sécurité avec l’équipement, compresse la signalisation si nécessaire et applique les politiques en périphérie.

L’Interrogating-CSCF (I-CSCF) est le point d’entrée dans un réseau nominal depuis l’extérieur. Lorsqu’une session doit atteindre un abonné, le I-CSCF interroge la base de données des abonnés pour déterminer quel nœud de service gère cet utilisateur, puis achemine la requête en conséquence.

Le Serving-CSCF (S-CSCF) est le cerveau du cœur. Il joue le rôle de registraire SIP, détient l’état d’enregistrement de l’abonné et exécute les déclencheurs de service qui déterminent quelle logique applicative une session va solliciter. Chaque utilisateur enregistré est rattaché à un S-CSCF pendant toute la durée de son enregistrement.

La base de données des abonnés et les passerelles

Le Home Subscriber Server (HSS) est la base de données maîtresse du cœur IMS. Il stocke les identités des abonnés, les informations d’authentification et les profils de service, et les CSCF l’interrogent via des interfaces standardisées lors de l’enregistrement et de l’établissement des sessions. Rien ne s’achemine correctement dans l’IMS sans que le HSS confirme l’identité d’un abonné et ses autorisations.

Trois autres fonctions gèrent la frontière entre l’IMS et le monde extérieur. Le Media Gateway Control Function (MGCF), associé à une passerelle média, assure l’interfonctionnement des appels entre l’IMS et le RTPC commuté traditionnel, en convertissant la signalisation et le média. Le Breakout Gateway Control Function (BGCF) détermine où un appel destiné au RTPC doit effectuer sa sortie, en choisissant le bon MGCF ou en transférant l’appel vers un autre réseau. L’Interconnection Border Control Function (IBCF) se situe à l’interface réseau-à-réseau (NNI) entre l’IMS d’un opérateur et celui d’un autre, contrôlant la signalisation et le média lors du franchissement de la frontière de confiance.

Pour compléter le cœur, la Media Resource Function (répartie entre un contrôleur, le MRFC, et un processeur, le MRFP) fournit les annonces, la conférence et la manipulation média comme le transcodage. Le plan applicatif héberge les Application Servers (AS) où la logique de service s’exécute concrètement, avec le MMTel AS pour les fonctionnalités téléphoniques et les serveurs de messagerie pour SMS et RCS.

Comment une session traverse le cœur IMS

L’enregistrement intervient en premier. L’UE envoie un SIP REGISTER qui entre par le P-CSCF, lequel le transmet au I-CSCF. Le I-CSCF interroge le HSS pour déterminer quel S-CSCF doit servir cet abonné, en affecte un, et le S-CSCF finalise l’enregistrement après que le HSS a authentifié l’utilisateur. À partir de ce moment, le réseau sait où se trouve l’abonné et quel nœud de service détient l’état de sa session.

L’établissement de session suit le même principe. Un SIP INVITE provenant de l’équipement transite par le P-CSCF jusqu’au S-CSCF affecté, qui évalue les déclencheurs de service et décide de la destination de la session. Si le destinataire est un autre abonné du même cœur, le S-CSCF achemine en interne. Si l’appel est destiné au RTPC, le BGCF et le MGCF prennent en charge la sortie. S’il est destiné à un autre opérateur, l’IBCF le transporte à travers le NNI. Le détail des messages d’un INVITE qui négocie et établit la connexion est le même échange SIP que sur n’importe quel trunk, et notre guide étape par étape du flux d’appel SIP détaille chaque message si vous souhaitez une vue au niveau des paquets.

Où le SBC s’insère dans l’IMS

Pour quiconque achète, déploie ou exploite des contrôleurs de session en périphérie, c’est la partie qui compte. Le cœur IMS possède deux frontières nécessitant un périmètre contrôlé et sécurisé, et c’est le SBC qui se positionne aux deux.

À la frontière d’accès, le SBC assure (ou précède) la fonction P-CSCF pour le VoLTE et le trafic d’accès. Il gère la traversée de NAT pour les équipements derrière des routeurs, ancre le média pour que le réseau conserve le contrôle du chemin RTP, gère l’enregistrement vers le cœur et applique la sécurité d’accès. C’est le même rôle qu’un SBC d’accès dans tout réseau voix IP, appliqué à la signalisation spécifique d’un segment d’accès IMS.

À la frontière réseau-à-réseau, le SBC assure la fonction IBCF entre opérateurs. Il masque la topologie pour qu’aucun opérateur n’expose son adressage interne, normalise le SIP entre les dialectes de chaque côté, applique la protection contre les attaques DoS et DDoS en périphérie, et gère l’interfonctionnement média. Lorsque les deux parties utilisent des codecs différents, la frontière est aussi l’endroit où le transcodage intervient, par exemple la conversion de l’AMR utilisé par un réseau mobile vers le G.711 attendu par un trunk traditionnel.

La consolidation IMS stimule la demande de SBC parce que le levier est considérable. Voix, vidéo, SMS et RCS empruntent tous le même cœur IMS, de sorte que la frontière entre ce cœur et le monde extérieur devient le point à la plus forte valeur pour sécuriser, contrôler et adapter le trafic. La messagerie partage cette même infrastructure : SMS et RCS se terminent au même périmètre que la voix. Quel que soit ce qui franchit la frontière, le SBC est l’élément qui permet à l’opérateur d’inspecter, de sécuriser et de transformer le trafic.

Questions fréquentes

Conclusion

L’IMS est le cœur IP standardisé qui permet à un seul réseau de transporter la voix, la vidéo et la messagerie au lieu de faire fonctionner chacun sur sa propre infrastructure. Son plan de contrôle CSCF et HSS enregistre les utilisateurs et pilote les sessions, tandis que les fonctions de passerelle gèrent la sortie vers le RTPC et l’interconnexion avec d’autres opérateurs. Pour un ingénieur voix, la conclusion pratique porte sur l’emplacement des frontières : la frontière d’accès et la frontière réseau-à-réseau sont les points où le cœur IMS rencontre le reste du monde, et ce sont précisément les points qu’un contrôleur de session en périphérie est conçu pour sécuriser et contrôler.