IMS技术与网络演进

IMS技术与网络演进Page1前言本课程将会介绍基于3GPP标准的IMS网络的基本概念，包括IMS的网络结构层次、业务实现、计费原理等，并将在此基础上介绍华为的IMS解决方案。Page2参考资料TS 23.002NetworkArchitectureTS 23.228IPMultimediaSubsystem(IMS);Stage2Page3目标学习完本课程，您将:能够描述IMS的分层结构和各层次功能解释IMS网络各网元的主要功能列举华为IMS解决方案的主要特点Page4内容介绍IMS基本概念IMS网络结构IMS用户接入方案IMS网络优势与演进华为IMS解决方案Page5IP多媒体FMCWebIP是通过电信与互联网同步实现全业务的基础TDMIP挖掘网络潜力，实现纯语音业务向多媒体能力的转变语音多媒体用户需求推动固网移动的融合固网和移动网

FMC固网移动融合通过Web实现电信网的运营维护及业务操作电信业务操作与管理

Web当今电信网的基本发展趋势Page6提供IP多媒体业务会话类业务：语音会话与视频会话多媒体会议消息与呈现非会话类业务：IPTV、媒体、Web与IMS融合业务等支持多种接入形式移动网：WiMaxLTE/SAEGSM/WCDMA/CDMA/TD-SCDMA固定网：LAN、WLAN、xDSL什么是IMS?IMS是IP多媒体子系统（IPMultimediaSubsystem）的缩写基于IP承载网SIP协议做为核心控制协议提供与接入无关的IP多媒体业务控制能力IMS演进历史2000/032001/032002/032005/122006/X3GPPR99CN:TDMIMS定义最早出现在3GPPR5阶段,作为PS域的一个子系统出现3GPPR4CN:MSC服务器和MGW3GPPR6IMSQoS,Billing,FMC,等3GPPR7IMS增强3GPPR5CN:IMS子系统和大量相关新网元TISPANR1--NGN/FMC等TISPANR2--NASS/RACS,等Page73GPPR99和R4阶段的网络架构MSCRANMSCserverMGWR99CS域R4

CS

域MSC被拆分为两个功能实体:MSCserver和MGW,呼叫控制与媒体承载分离CSMSC/VLR/GSM_SSFPSGGSN/SGSN3G核心网络接入网外部网络HLR/SCPR99阶段网络架构3GPPR99阶段的网络架构,分为CS电路域和PS分组域两部分核心网络TUP/ISUPTDMTUP/ISUP/BICCTDM/ATM/IPPage8Page93GPPR5阶段的网络架构-IMS引入TISPANNGNR1阶段的网络架构MSANSCPSIPASPre-NGN具有内置数据库和业务处理功能的软交换SIPH323IPBearerSCPSIPASHSSS-CSCFP-CSCFAGCFMSANSIPPhoneMGCFI-CSCF宽带接入WIFI传统网络3rdpartyASNGNR1(引用了IMS架构)IPBearer固定网标准方面,TISPAN继承了3GPPR5阶段的核心网架构,在原NGN的基础上,定义了NGNR1的网络架构标准,正式引入了IMS概念.TISPAN在继承3GPP的IMS标准的同时,定义了两个新的子系统-NASS和RACS,用于解决固定网接入的网络附着和网络QoS问题Page11IMS标准进展总结IMS将是未来固网移动统一的核心网架构，这个观点已经是主要标准组织的共识。在移动领域3GPP在IMS方面有比较深入的研究，IMS基本框架已经成熟，在技术细节方面，研究还在不断进行中。在固网领域ETSITISPAN对IMS的研究比较深入，基于IMS的NGN框架已经确定。Page12知识回顾IMS最初是在哪个系统里面出现的？IMS分为哪两个领域，分别由哪个技术协会进行研究？Page13内容介绍IMS基本概念IMS网络结构IMS用户接入方案IMS网络优势与演进华为IMS解决方案Page14内容介绍IMS网络结构2.1IMS网络分层结构2.2IMS网元功能2.3IMS相关接口和协议2.4IMS地址，标识和编号方式GamingConference3rdPartyApplicationsSCPMGCFI-CSCFAGCFP-CSCFS-CSCFHSS承载控制层AGIADPSTN/PLMNMGWSIPH.248xDSL/LANaccessWiFiaccessAPSGSN2G/3GRANSIPTerminalsSIPSIP承载核心网GGSNACIMS网络架构OMSOSSBGCFIM-SSFOSAPresencePTTIMGroupMRFCMRFP承载控制与接入层会话控制层业务能力层应用层A-RACFCCFSPDFPCRFH.248NACFCLFPage16IMS网络结构－接入互通层和会话控制层应用层会话控制层业务能力层接入承载与接入层用户接入——GPRS/UMTS/CDMA/WiFi/xDSL/LAN连接传统网络——PSTN/PLMN/H.323/SIPVoIP控制承载资源会话控制层功能——呼叫控制、用户管理、业务触发、资源控制、网络互通包括的网元有：P-CSCF、I-CSCF、S-CSCF、AGCF、MGCF承载P/I/S-CSCF,AGCF/MGCFSBC/IM-MGWPage17IMS网络结构－业务能力层与应用层承载控制与接入层应用层会话控制业务能力层业务能力层提供各种各样的业务能力，由各种不同的应用服务器与资源服务器组成提供的业务能力包括：立即消息（IM）/呈现（Presence）/群组/PoC/通用电信业务应用层主要提供第三方的应用：通过OSA提供的接口（API或者消息）来实现对下层业务能力的调用第三方应用举例：游戏中心、会议中心、交友中心、企业应用3rdpartyAS,游戏中心,企事业中心通用语音应用服务器,IM,PoC,Presence,GroupPage18内容介绍IMS网络结构2.1IMS网络分层结构2.2IMS网元功能

2.3IMS相关接口和协议2.4IMS地址，标识和编号方式Page19IMS网络中的网元－会话控制层功能网元功能网元呼叫控制P－CSCF网络互通MGCFI－CSCFIMS－MGWS－CSCFBGCF用户管理HSS媒体资源MRFCSLFMRFPPage20会话控制层－CSCFCSCF（CallSessionControlFunction）呼叫会话控制功能CSCF类型P-CSCF：代理CSCF（ProxyCSCF)用户在归属或者拜访网络的第一个连接点。I-CSCF：问询CSCF（InterrogatingCSCF）用户的归属网络第一入口点，分配S-CSCF、路由查询以及域间拓朴隐藏功能。S-CSCF：服务CSCF（ServingCSCF)S-CSCF是多媒体模块的核心，负责对终端的注册鉴权，会话控制，业务触发。SCPSIPASHSSS-CSCFP-CSCFAGCFMSANSIPPhoneMGCFI-CSCFBroadbandWIFILegacynetwork3rdpartyASIPBearerPage21IMS呼叫简单模型S-CSCFI-CSCFP-CSCFP-CSCFS-CSCF主叫侧被叫侧信令媒体HSS当两个IMS用户进行IMS内部呼叫的时候，P/I/S-CSCF3个网元配合可完成基本的呼叫信令路由的功能。DNS/ENUMPage22IMS网络实体－互连互通完成对外接口功能的网元实现IMS网络与其他网络的通讯，包含的网元为：MGCF（MediaGatewayControlFunction）实现IMS核心控制面与PSTN/PLMN的交互控制MGW完成TDM承载与IP承载的实时转换IM-MGW（IPmultimediamediagateway）完成IMS与PSTN及CS域用户宽带、窄带承载互通及必要的编解码变换SG（SignalingGateway）信令网关完成ISUPoverIP到ISUPoverTDM的转换，因为MGCF只支持IP接口。SCPSIPASHSSS-CSCFP-CSCFAGCFMSANSIPPhoneMGCFI-CSCFBroadbandWIFILegacynetwork3rdpartyASIPBearerMGWSG与传统网络互通IMS用户呼叫本域的PLMN用户PLMNS-CSCFPLNM关口局MGCFIMS用户呼叫本域的PSTN用户PSTNS-CSCFMGCFPSTN关口局Page24IMS网络实体－数据库HSS(HomeSubscriberServer)归属用户服务器HSS用于归属网络中保存用户的签约信息，主要信息包括：用户标识（包括公共及私有标识）、号码和地址信息用户安全上下文：用户网络接入认证的密钥信息、漫游限制信息用户的路由信息：HSS支持用户的注册，并且存储用户的位置信息用户的业务签约信息：包括其他AS的增值业务数据SLF(SubscriptionLocatorFunction)签约数据定位功能，用于多个HSS的选择定位SCPSIPASHSS/SLFS-CSCFP-CSCFAGCFMSANSIPPhoneMGCFI-CSCFBroadbandWIFILegacynetwork3rdpartyASIPBearerPage25IMS网络实体－媒体资源SCPSIPASHSS/SLFdatabaseS-CSCFP-CSCFMSANSIPPhoneMGCFI-CSCFBroadbandWIFILegacynetwork3rdpartyASIPBearerMRFCMRFPMRF(MultimediaResourceFunction)媒体资源功能，包含两部分：MRFC（MultimediaResourceFunctionController）媒体资源功能控制器解析来自S-CSCF及AS的SIP资源控制命令实现对MRFP的媒体资源的控制MRFP（MultimediaResourceFunctionProcessor）媒体资源功能控制器在MRFC的控制下，MRFP为终端提供媒体资源多媒体信息播放（提示音、流媒体）媒体内容解析处理（编解码变换等）Page26IMS网络其他实体承载控制与接入网和系统支撑层的网元：功能网元功能网元资源控制PCRF计费CCFSPDF+A-RACF网元管理OMS接入控制NACFSBCABGFCLF域名或IP地址解析DNS/ENUMPage27IMS其他重要网元功能PCRF(PolicyChargingRuleFunction)实现移动网络中的QoS控制功能。SPDF/ARACF实现固定网的QoS控制功能。DNS、ENUMServer：DNS(DomainNameSystem)服务器负责URL地址到IP地址的解析。ENUM(E.164NumberURIMapping)服务器负责电话号码到URL的转换。NAT/ALG/SBC设备：完成公私网的IP地址转换、媒体流转发以及网络安全保障等功能Page28SBC功能信令代理——从UE用户看，认为SBC就是P-CSCF；从P-CSCF看认为SBC就是UE用户。媒体代理——所有的媒体流都是通过SBC来传输的。媒体流P-CSCFSBCUE1IP承载UE2UE3信令流IMS网络实体－业务能力层AS(ApplicationServer)--应用服务器为IMS用户提供IM增值业务，可以位于用户归属网，也可以由第三方提供，其主要功能为：处理从IMS发来的SIP会话发起SIP请求，发送计费信息给CCF和OCSIMSAS类型OSA-SCS:OpenServiceAccess–ServiceCapabilityServer提供OSA服务网关功能，为第三方服务器提供接口IM-SSF:IPMultimediaserviceswitchingfunction作为网关，提供与传统智能网服务器的接口SIPAS:直接提供IMS业务ASOSAASCAMEL/SCPS-CSCFSIPSIPCAP/INAPOSAAPIOSASCSSIPASIM-SSFSIPPage30内容介绍IMS网络结构2.1IMS网络分层结构2.2IMS网元功能2.3IMS相关接口和协议

2.4IMS地址，标识和编号方式IMS网络中的接口参考点UTRANUEBGCFBGCFP-CSCFI-CSCFS-CSCFMRFCMRFPHSSSLFOSA-SCSIM-SSFSIPASSCP3rdpartyASGGSNIM-MGWMGCFPCRFSGSNSIP终端MrMwMwMpMiMkMgMjMnUtRxGxCxCxDxISCISCISCShSiShDh其它IP/IMSNetworkPLMN/PSTNSBCGmMxGmCCFRfRfMgPage32参考点及使用协议IMS网络中使用到的协议：SIP（SessionInitiationProtocol)用于建立，更改，和终止多媒体会话或呼叫的应用层协议Diameter基于RADIUS构建的，由IETF开发的认证，授权和计费协议H.248用于媒体网关控制器管理媒体网关的资源Page33参考点及使用协议－SIP采用SIP协议的参考点：参考点连接实体GmUE，PCSCFMwP-CSCF,I-CSCF,S-CSCFISCI/S-CSCF,ASMgI/S-CSCF,MGCFMiS-CSCF,BGCFMjBGCF,MGCFMkBGCF,BGCFMrS-CSCF,MRFCMxSBC,P-CSCFPage34参考点及使用协议－Diameter采用DIAMETER协议的参考点：参考点连接实体CxI-CSCF,S-CSCF,HSSDxI-CSCF,S-CSCF,SLFRxP-CSCF,PCRFGxGGSN，PCRFRfCCF,S-CSCF,AS,MRFCDhSLF,ASShHSS,ASPage35参考点及使用协议－H.248采用H248协议的参考点：参考点连接实体MnMGCF,IM-MGWMpMRFC,MRFPPage36内容介绍IMS网络结构2.1IMS网络分层结构2.2IMS网元功能2.3IMS相关接口和协议2.4IMS地址，标识和编号方式Page37IMS系统中标识的方式TelURI遵循E.164的规定

例如：tel：＋867552220001

SIPURISIPUniformResourceIdentifier(SIP统一资源标识)SIPURI由用户名加域名构成：用户名部分可以采用用户的E.164号码，域名部分这是网络的统一域名例如：SIP:+867552220001@

Page38IMS系统里的地址和标识IMPI—SIPURIIMPU—SIPURI和TELURISIPURI

IP地址SIPURI,TelURI用户标识网络节点标识公共服务标识Page39对IMS用户的标识－IMPI

私有用户身份(IMPI)：用于用户接入IMS网络的注册、鉴权、认证和计费，私有用户标识不用于呼叫的寻址和路由。私有用户标识采用网络接入标识符（NAI）的形式，即UserName@Realm。由归属网络运营商定义的用户身份标识，具有全球唯一性。1+867552220001@张三的私有用户身份（IMPI）Page40对IMS用户的标识－IMPU

公共用户身份(IMPU)：用于请求与其他用户通信时用的身份，可以被公布

公有用户标识用于SIP消息的路由。一个IMS用户可以分配一个或多个公有用户标识，公有用户标识的格式可以采用SIPURI或者TelURI的格式，不同格式的IMPU可以绑定。使用IMPU发起会话或做为会话终结者之前，IMPU首先应被注册。注册组SIPURITelURL(E.164)1sip:+867552220001@tel:+867552220001张三的公共用户身份（IMPU）Page41IMPI与IMPU的关系张三的用户标识可以一个IMPI对多个IMPU（一机多号）或者一个IMPU对多个IMPI（一号多机）。不同的IMPU可以分享一样的业务（Serviceprofile）。IMS签约sip:zhangsan@zhangsan_private@tel:+86-139-1234-5678ServiceProfile1IMPIIMPUPage42网元地址和标识网络节点的标识处理SIP路由的网络节点（如CSCF，HSS）需要使用SIPURI来标识。各网元的SIPURI和对应的IP地址将记录在DNS服务器中。在注册与会话的信令交互过程中，终端和各网元通过查询DNS服务器获取下一跳网元对应的IP地址。sip:sip:sip:I-CSCFS-CSCFP-CSCFHSSPage43公共服务标识（PSI）

公共服务标识（PSI）

标识AS所拥有的服务在AS中创建标识的格式为SIPURI或telURLconferenceservicemeeting@ASASmessageservicemessaging@Page44目录IMS基本概念IMS网络结构IMS用户接入方案IMS网络优势与演进华为IMS解决方案Page45内容介绍IMS用户接入方案3.1IMS接入网接入技术3.2IMS接入网用户DHCPServerAAABRASxDSL/xPON/LAN接入Page46SBCSBCIPBearerNetworkONUOLTSpliterOLTxDSLModemPOTSPCSoftphoneSpliterONUPCSoftphoneSIPPhoneFTTB+xDSLFTTB+LANLANSwitchxPON接入FTTHPCSoftphoneSIPPhoneONT双绞线光纤网线…xDSL/xPON/LAN接入——宽带接入/VOBB解决方案Page47ONUDHCPServerAAABRASSBCSBCIPBearerNetworkOLTSpliterOLTHG1家庭网关POTSPCSpliterONUONT双绞线（xDSL）SIPPhoneONUSTBPOTSHG2家庭网关POTSPC网线SIPPhone光纤双绞线PBXPOTSPOTS…ONTSTBPOTSPCSIPPhone光纤POTSPOTS大企业PBX光纤WIFIAGCF接入——窄带用户的接入Page48Page48将POTS终端接入IMS，支持管理H.248媒体网关控制功能。AGCF用户主叫时实现呼叫路由功能，就是将UA发起的呼叫路由到S-CSCF。AGCF用户做被叫时AGCF实现定位功能，将呼叫路由到对应的UA。同时，AGCF也可进行呼叫的鉴权。DiameterP-CSCFASSIPSIPSIPSIPHSSDiameterI-CSCFS-CSCFSIPOCSDiameterCCFDiameterAGCFPOTSH.248AGPOTSAGDiameterPage49内容介绍IMS用户接入方案3.1IMS接入网接入技术3.2IMS接入网用户IMS接入网IMS用户终端Page50POTSPCSIPPhoneWIFIWiMAXTerminalSTBPage51IMS网络中企业用户OLTSplitterMGCFSBCPCSCFI/SCSCFATSConferenceCentrexASHSSMRFSBU企业LAN+POTS视频phonePOTSPOTSSIPPhoneLANPOTSSBU企业PBXE1PBXFE/GECMNetPC软终端POTSPOTSSBU企业PBXSIPIP-PBXFE/GEPC软终端POTSPOTSSDH方式一：此方式和个人用户方式相同，通过SBC接入IMS方式二：企业使用传统PBX，通过MGCF接入方式四：PBX+SIPGW，通过SBC接入SBU企业PBXPBXFE/GEPC软终端POTSPOTSSIP-GW方式三：IP-PBX，通过SBC接入Page52内容介绍IMS基本概念IMS网络结构IMS用户接入方案IMS网络优势与演进华为IMS解决方案Page533G标准组织和后来的TISPAN固定网络标准组织，都旨在融合当前的通信网络和因特网(Internet)，希望以此:解决在IP网络中的电信业务所面临的运营问题:电信网络用户增长缓慢，利润持续下降业务更新缓慢，新业务部署困难QoS、安全、计费和网络互联互通真正实现FMC(固网移动融合)IMS网络的设计初衷Page54IMS架构优势－降低网络冗余，提高网络复用App1UserdataBillApplicationDeliveryAuthenticationSessionControlChargingOAMApp2UserdataBillApplicationDeliveryAuthenticationSessionControlChargingOAMApp3UserdataBillApplicationDeliveryAuthenticationSessionControlChargingOAM相似的功能不能重用用户数据多次复制漫游用户不能使用继续业务业务缺乏标准的接口难以实现交互与其它运营商的业务互通需要专门的网关目前网络－垂直式业务提供架构运营商缺乏集中控制点XIMS架构CSCFApp1App2App3HSS标准的业务接口共享的会话控制共享的用户数据目前采用的是垂直式业务提供架构存在很多问题，随着业务数量的增加，运营商的CAPEX和OPEX将急剧增长，IMS对这种垂直式架构进行了解。Page55RANIMS架构优势－快速的业务部署传统网络CAP/INAP对CP/SP来说过于复杂，难以理解,导致业务提供链过窄。CAP/INAP难以实施业务的嵌套。传统网络MSC/SSPCAP/INAPIPMGWS-Switch/SSPUMTScdma2000WLANxDSL/LANPSTN

PLMNASOSAASCAMEL/SCPS-SCSFSIPSIPCAP/INAPOSAAPIIPOSASCSSIPASIM-SSFSCPIMS继承了因特网的业务模式优点采用跟HTTP类似的SIP协议，更简单易用拥有众多潜在的开发者。接入无关性优势不在业务类型，而是触发业务的架构Page56IMS架构优势－更好的移动性用户期望能够在不同的场所随时接入通信服务…在家，在办公室,在移动中…使用不同的设备接入…固话,PCs,手机,PDAs只需要统一的一个帐户…一次开户，一个联系地址、一套使用说明XDSLHSPAWiFi各领域的融合TelecomIT&SoftwareMediaConsumerElectronicVoiceDataVideoContentIMS融合HomeSubwayOfficeCafeWorkingGamingLearningDrivingSeamlessExperienceAnyTimeAnyWhereAnyTerminal网络发展趋势－功能细分与网络融合INAPSS7PSTN/ISDN

ServiceInterfacesCallControlExchangeNetworkIntelligentNetworkUserDataE164PSTN/PLMNH.248SIPMediaGatewayAppServersSIP,H.323IPHLRGatewayINAPMulti-ProtocolProcessingIPRouterSIPMgmt..MAPIntelligentNetworkPSTN/ISDNServiceCallControlSoftSwithBased

A/MGCFH.248SIPGatewayCSCFMulti-ProtocolProcessingAppServersHSSSIPAppServersPSTNASSIPIPDiameterSBCMediaGatewayIMS1：网络革命性进化2：呼控与承载分离，业务部分分离1：网络平滑演进2:业务彻底与呼控分离网络功能的模块化细分降低了维护和升级的花销，硬件趋同，网络设备软件化。Page58网络演进关键:CSCF/HSSCSCFHSS网络演进融合趋势PSTNSoftSwitchMSANUMGSHLRPLMNUMGBSCBTSIPbearernetworkGSMMSSHLRPLMNUMGBSCBTSCDMAMSSHLRFixedSCPGSMSCPCDMASCP固定网AGCF/MGCFAGCF/MGCFAGCF/MGCFAllIPaccesses：

WiMAXSAE/LTEHSPA……GSM网络CDMA网络IPbearernetworkIPbearer

networkPage59CSCFHSS网络演进结果PSTNMSANUMGPLMNUMGBSCBTSIPbearernetworkPLMNUMGBSCBTSAGCF/MGCFAGCF/MGCFAGCF/MGCFIPbearernetworkIPbearer

networkASPage60IMS演进的目标网络POTS(PSTN)HGVOBB4G(LTE/HSPA)2G/3GMGWmAGCFSBCxPONAGCF业务服务器HSSIMSAS1AS2AS3AS4AS...SIPSIPSIPCSCF…MGWH.248H.248SIPMGCF传统网络SIPISUP/BICCSIPSIPSIP窄带宽带Page61内容介绍IMS基本概念IMS网络结构IMS用户接入方案IMS网络优势与演进华为IMS解决方案Page62华为IMS解决方案华为能够提供IMS端到端的整体解决方案CSC3300S-CSCFUAC3000AGCFCSC3300P-CSCFCSC3300I-CSCFUTRANEVDOWIMAXLAN/FTTXxDSLCABLETDMAccessWIFICSC3300MFRCSE2300A-BGFAIM6000NACFRM9000RACFInfoXAAAUAAF&PDBFAIM6300CLFRM9000SPDFRM9000PCRFHSS9820HSSCSC3300BGCFiManagerN2000EMSENUMServerENUMServerISMPWebportalOCS9810OCSICG9815CCFATS9900TelephonyASETAS9960IPCentrexASMediaX3600ConferenceASUGC3200MGCFSG7000SGWPSTNPLMNIPNetworkCSC3300I-BCFENIPASPlatformIMASseriesIPmultimediaASUMG8900IM-MGWGamingSharingXPushXMessaging…3rdpartyASMRP6600MRFPPage63产品列表功能网元产品功能网元产品呼叫控制P－CSCFCSC3300媒体控制MRFCCSC3300I－CSCFMRFPMRP6600S－CSCF互通MGCFUGC3200数据库HSSHSS9820IM－MGWUMG8900业务平台SIP-ASATS9900其他PCRF/PEPRM9000/SE2300,GGSN9811SIP-ASETAS9960IPCentrexCCFiCG9815NAT/proxyEudemon1000SE2300/SE2600P