IMS基础概念和网络架构

IMS基础概念及网络架构2007年10月培训目标 通过本次培训，您将能够：理解IMS网络基本架构，并了解几种主要网元CSCF、HSS、AS、MGCF/IM-MGW、MRFC/MRFP等的主要作用；了解P-CSCF、S-CSCF和I-CSCF的区别及各自作用；理解IMS移动性、业务开放性和可运营特性的实现机制；了解华为IMS解决方案相对于标准IMS的主要竞争优势；了解华为IMS产品的相关测试工具

IMS背景知识与基本概念IMS网络架构IMS基本流程及主要特性华为IMS产品基本测试工具介绍内容IMS基本概念

IMS是3GPPR5阶段增加的WCDMA网络中的一个子系统，在3GPP相关协议中对IMS的描述如下： IMS：IPMultimediasubsystem（3GPPTS23.002）

TheIMsubsystemcomprisesallCNelementsforprovisionofIPmultimediaservicescomprisingaudio,video,text,chat,etc.andacombinationofthemdeliveredoverthePSdomain. TheentitiesrelatedtoIMSareCSCF,MGCF,MRF,etc.asdefinedinthestage2oftheIMsubsystemTS23.228[34].SeeTS22.228[27]forsomeserviceexamplesofIMS.

3GPP协议发展及IMS引入3GPP技术规范系列&IMS相关规范IMS概貌3GPP协议发展3GPPR5及IMS引入R5版本定位提供IP实时多媒体业务，核心网在PS基础上增加了IP多媒体域（IMS〕，IMS主要功能在控制层面，承载通过PS域。IMS的引入是R4CS域承载与控制分离思路在PS域的延续；3GPP协议发展-R53GPPR5版本特征：继承WCDMAR4所有的业务和功能；核心网在CS域和PS域外，在PS域基础上叠加IMS（IP多媒体）子系统，CS域网络结构和R4基本保持一致；RAN组网向IP方向发展，所以Iu接口可选择使用ATM或IP；IPQoS方面的增强；业务方面的增强，如OSA，PushService……R5版本初步实现了3GPP最初提出的ALLIP网络――IP技术成为所有信令消息的承载技术，改变了原有的呼叫流程。R5版本2000年8月开始研究，于2002/03进行功能冻结，部分后延到2002/06完成。由于IMS在R5中并没有最终完成。所以R6将继续完成增强IP多媒体业务（IMSphase2），最终实现完整的ALLIP网络。IMS也是业界的共同发展趋势运营商部分先进运营商，如BT、FT、Telefornica等已经明确提出在固定IP多媒体域应用3GPP的IMS架构厂商几个竞争对手控制层部件基本都是分话音处理和多媒体处理两种部件，多媒体部件支持SIP协议，宣称未来支持3GPPIMS架构，支持固定移动融合标准基于SIP协议的3GPPIMS是目前较完善的体系结构，ITU-T、ETSI等已经有固定领域应用IMS架构的提案，以后的多媒体业务网络架构将朝着IMS兼容的体系架构方向发展。基于SIP协议的3GPPIMS是目前较完善的体系结构，在先进运营商、主流设备厂商以及其他标准组织中正获得越来越多的认同……

数据网移动网固定网有线电视网多业务呼叫控制终端网络承载网络传统接入网无线接入网控制内容内容媒体网关宽带接入网业务媒体网关初期的全业务网络全业务网络长期的发展与演进网络发展总体趋势作为R5主要内容之一，3GPPIMS子系统是3G移动网实现分组话音和分组数据，提供统一的多媒体业务和应用的最终目标；3GPPIMS采用分组域为其上层控制信令和媒体传输的承载通道，业务/控制网络和承载网络分离，实现独立发展；IMS采用SIP信令为呼叫控制信令，支持SIP移动终端并通过MGCF和IM-MGW提供与H.323/BICC/ISUP终端的互通，IMS为SIP用户提供全网全程漫游能力和VHE虚拟归属业务环境能力，同时支持开放的OSA/VHE结构；明确IPv6为必选，同时考虑与IPv4的互通，充分利用IPv6在QoS、Security、Mobility、Autoconfiguration等方面的增强特性；IMS概貌解决了在IP网络中的电信业务所面临的运营问题，如全网服务、安全、计费和支付、网络互联互通SIP协议

SIP(RFC3261)是IMS控制层协议，是IETF制订的多媒体通信系统框架协议之一，是用于建立、改变或结束多媒体会话的应用层协议，与RTP/RTCP、SDP、RTSP、DNS等协议配合，共同完成IMS中的会话建立及媒体协商；一旦建立会话，媒体流将使用RTP协议在承载层中直接传送，在一次会话中可以灵活的交互多种媒体；

采用SIP做为控制层协议的优势包括：基于公开的Internet标准，在语音、数据业务结合和互通方面具有天然优势，能跨越媒体和设备实现呼叫控制，支持丰富的媒体格式，可动态增/删媒体流，容易实现更加丰富的业务特性；支持智能向业务和终端侧发展，减轻网络的负担，方便业务开展；SIP支持应用层移动性功能：包括动态注册机制、位置管理机制、重定向机制等；SIP本身具有Presence/Fork/订阅特性，便于扩展新业务；协议简单，具有公认的扩展潜力； SIP将从根本上改变通信服务提供方式以及用户的通信消费习惯，集成视音频电话、消息、Web、电子邮件、同步浏览、会议等业务为一体的新的通信方式将给电信业带来创新；SIP消息格式SIP消息分为请求和响应两类消息中可以携带任意类型消息体通过头域来表示消息、实体或者消息体的相关属性SIP-Message=start-line*message-headerCRLF[message-body]start-line =Request-Line/Status-LineRequest-Line=MethodSPRequest-URISPSIP-VersionCRLFStatus-Line =SIP-VersionSPStatus-CodeSPReason-PhraseCRLFSIP请求消息SIP响应消息3GPPIMS规范列表IMS背景知识与基本概念IMS网络架构

IMS基本流程及主要特性IMS产品基本测试工具介绍内容IMS网络架构IMS主要网元：CSCF：P-CSCFS-CSCFI-CSCFHSSSLFBGCFMGCF/IMMGWMRFC/MRFPAS……R5完整架构(1)-----呼叫控制CSCFCSCF：CallSessionControlFunction

CSCF按其位置和功能又可分为P/S/I三种类型：其中：

P-CSCF(ProxyCSCF)：是IMS中与用户的第一个连接点，提供代理（Proxy）功能，即接受业务请求并转发它们，但不能修改INVITE消息中的RequestURI字段；P-CSCF也可提供用户代理（UA）功能，即在异常情况下中断和独立产生SIP会话；S-CSCF(ServingCSCF)：S-CSCF在IMS核心网中处于核心的控制地位，负责对UE的注册鉴权和会话控制，执行针对主叫端及被叫端IMS用户的基本会话路由功能，并根据用户签约的IMS触发规则，在条件满足时进行到AS的增值业务路由触发及业务控制交互；I-CSCF(InterrogatingCSCF)：类似IMS的关口节点，提供本域用户服务节点分配、路由查询以及IMS域间拓朴隐藏功能；P/S/I-CSCF在物理实体上完全可以是合一的，在实际组网时，其划分和部署需综合考虑对IMS业务接入方式、IMS接入点位置、CSCF的容量、能力及用户业务量需求等因素，另外也与运营商网络拓扑隐藏及互通需求有关。IMS网络架构示意理解三种CSCF：IMS网络架构示意理解CSCF与其他网元的关系：P-CSCF业务功能P_CSCF是IMS域拜访域控制平面统一的初步入口点，将来自拜访地接入网络的SIP消息，包括登记、多媒体会话、IM/Presence等，代理转接到其归属地的S-CSCF（根据登记时记录的信息）或I-CSCF（根据SIPUA携带的归属域名）；支持SIP会话建立后S-CSCF与IMSSIP终端间的SIP消息Proxy转发代理功能，以及被叫IMS会话中从P-CSCF到IMS终端的路由(依据登记注册的终端地址)；在会话建立过程中解析用户面SDP信息，通过Diameter与QoS策略执行实体PDF的交互，将QoS承载需求（带宽，时延/抖动级别等）知会PDF，再由PDF通过COPS将QoS策略决定最终下发到IP接入汇聚层设备或边缘路由器进行策略执行，最终为IMS业务所使用的本地接入网IPQoS资源提供认证授权功能，实现IMS业务的端到端QoS服务保障；在会话释放时通知PDF在IP承载控制层释放相应资源占用信息；负责与IMSSIP终端之间可选的SIP消息压缩/解压缩，提高无线接入空口带宽的利用率；负责IMS会话相关计费话单产生，将接入网与IMS计费信息相关联，并将CDR通过Diameter送往CCF；依据IMS鉴权过程得到的密钥进行与IMSSIP终端间可选的网络层IPSecESP加密/解密处理，实现对接入控制信息的私密性、完整性保护；支持SIP控制平面信令NAT地址转换，并通过COPS控制IP接入汇聚层设备GGSN/AC或独立NAT设备实现用户承载面媒体流的NAT变换；作为SIPUA处理处理异常情况下的会话终结及相应SIP消息生成；代理S-CSCF业务功能

S-CSCF在整个IMS核心网的会话控制处于核心的控制地位，接受来自拜访网络IMS用户经过P-CSCF转发的注册请求，与HSS配合对IMS终端用户进行鉴权，并从HSS中下载IMS基本签约数据，执行针对主叫端及被叫端IMS用户的基本会话路由功能，并评估IMS签约触发规则，在条件满足时进行到SIPAS/IM-SSF/OSASCS的增值业务路由触发。在运营商网络中，不同的S－CSCF的能力集可能不同：

注册及鉴权控制充当IMS用户的SIPRegistar，向HSS注册自身的地址信息，并从HSS获取IMS用户签约数据的拷贝，从而为后继会话业务触发及签约检查提供支持；支持IMSAKA鉴权过程，对注册用户的合法性进行检查，并支持从HSS获取鉴权集信息并将未用的鉴权信息进行本地保存；对于不支持IMSAKA机制的GPRS接入用户，可以从HSS获得的用户PDP激活地址进行简化的用户认证。

公共会话控制功能会话建立成功并确定下一跳路由情况下，支持作为SIPProxy进行消息转发；作为SIPUA直接进行会话失败处理，向终端通知失败原因并释放会话；给终点提供与业务相关的事件信息（例如通知放音，附加媒体资源，计费通知等）；负责IMS会话相关计费话单产生，将CDR通过Diameter送往CCF；S-CSCF业务功能 针对主叫SIP用户的会话控制：判断主叫用户是否已注册，如未注册则拒绝会话请求；支持依据来自IMS主叫用户的SIP会话消息内容，对主叫SIP用户所签约的IMS多条AS触发规则进行按优先级的顺序匹配，匹配成功的情况下将SIP会话路由到规则指定的SIPAS业务平台，以触发IMS用户相关增值业务逻辑的执行，并跳转到步骤c)；匹配不成功或剩余触发规则为空情况下，则跳转到步骤d）等待从SIPAS业务平台返回的SIP会话，依据该SIP会话消息内容（可能修改过），对主叫SIP用户剩余的其他未匹配AS签约触发规则进行按优先级的顺序匹配，匹配成功的情况下将SIP会话路由到规则指定的SIPAS业务平台，并跳转到步骤c)；匹配不成功或剩余触发规则为空的情况下，则跳转到步骤d）当目的网络与主叫网络属同一网络时，依据被叫SIP用户地址信息通过DNS域名解析获得目的网络运营商地址信息，并将SIP会话转发到目的网络的I-CSCF。当目的网络与主叫网络不属于同一网络且主叫网络要求网络拓扑隐藏时，将会话先转至主叫网络I-CSCF完成拓扑隐藏处理后再转发到目的网I-CSCF；若分析被叫为非IMS的SIP用户或H.323用户（在HSS中未注册），则根据运营策略，转发SIP消息到I-MGCF，以完成其他非IMS网络的SIPServer的协议互通。若分析被叫为PSTN/移动CS域用户（E.164号码的ENUM解析不成功），则转发会话请求到BGCF；S-CSCF业务功能

针对被叫SIP用户的会话控制：判断被叫用户是否已注册，如未注册则直接从HSS通过Diameter协议下载相关IMS基本签约数据；支持依据来自目的网络I-CSCF的SIP会话消息内容，对被叫SIP用户所签约的IMS多条AS触发规则进行按优先级的顺序匹配，在匹配成功的情况下将SIP会话路由到签约规则指定的SIPAS业务平台地址或BGCF地址，以触发IMS用户相关增值业务逻辑的执行，并跳转到步骤c)；在匹配不成功或剩余触发规则为空的情况下，则跳转到步骤d）等待从SIPAS业务平台返回的SIP会话，则判断该SIP会话消息内容的RequestURL地址是否修改过，若未修改过，则对被叫SIP用户剩余的其他未匹配AS签约触发规则进行按优先级的顺序匹配，在匹配成功的情况下将SIP会话路由到签约规则指定的SIPAS业务平台地址或BGCF地址，并跳转到步骤c)；在匹配不成功或剩余触发规则为空的情况下，则跳转到步骤d）。若修改过，则跳转到主叫IMS用户会话控制小节的步骤d），根据新的被叫URL地址进行到被叫网络I-CSCF的寻址。依据被叫IMS用户注册过程中在S-CSCF中记录的P-CSCF地址进行到被叫用户漫游所在的P-CSCF的会话路由；业务I-CSCF业务功能I-CSCF是运营商归属IMS网络的统一的初步入口点：在IMS注册过程支持依据用户签约及CSCF能力信息为用户指派一个服务CSCF，即S-CSCF;对于来自本网S-CSCF或其他网络S-CSCF/I-CSCF的SIP会话，负责从HSS查询被叫IMS用户的S-CSCF路由地址信息；并将该SIP会路按照HSS返回的地址到被叫用户的S-CSCF。在IMS会话跨不同运营商时，可通过对SIP地址信息的加密/解密实现对I-CSCF所在运营商的网络拓扑隐藏，即支持可选的所谓THIG功能。对未注册被叫IMS用户，I-CSCF可以选择一个临时S-CSCF负责后继的路由处理，转CS或IMS语音邮箱等。负责IMS相关计费话单产生，将ACR通过Diameter送往CCF；问讯R5完整架构(2)-----数据库HSS业务功能HSS:TheHomeSubscriberServer

HSS是归属网络中保存IMS用户的签约信息，包括基本标识、路由信息以及业务签约信息等集中综合数据库，位于IMS核心网络架构的最顶层，HSS中保存的主要信息包括：IMS用户标识（包括公共及私有标识）、号码和地址信息IMS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IMS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IMS用户的业务签约信息：包括其他AS的增值业务数据，HSS业务功能HSS存储运营商开户时设定的上述IMS签约信息，同时支持通过与业务管理系统的接口由运营商或终端用户对签约数据进行的定制和修改。HSS提供与I-CSCF间基于Diameter协议的Cx接口，在IMS注册过程中HSS通过该接口可执行用户接入/漫游权限的判别，I-CSCF则可通过该接口获取用户所要求的S-CSCF能力信息，由此作为该用户服务S-CSCF的依据，并为IMS用户被叫流程提供查询被叫路由（S-CSCF域名或地址信息）的服务；HSS通过与S-CSCF间基于Diameter协议的Cx接口实现IMS注册过程中对S-CSCF域名路由信息的登记，并支持通过该接口将基本IMS签约信息下载到S-CSCF；HSS依据用户安全下文信息进行鉴权元组计算并通过基于Diameter协议的Cx接口为S-CSCF提供用户/网络鉴权所需的鉴权元组信息。HSS提供与SIPAS间基于Diameter协议的Sh接口，为增值业务SIPAS或OSASCS提供签约数据、业务逻辑脚本的远程数据库访问接口，HSS仅负责对特定签约用户AS增值业务数据的透明存储，但语义上不做解析。HSS提供与IM_SSF间基于MAP协议的Si接口，在用户注册过程及被叫业务触发中为IM_SSF提供IMSCAMEL智能签约数据，实现电路域CAMEL/INAP业务在IMS域的继承。R5完整架构(3)-----媒体资源R5完整架构(4)----IMS业务平台IMS其他网元功能－AS

AS(ApplicationServer)：为IMS用户提供IMS增值业务，可以位于用户归属网，也可以由第三方提供，其中：AS包括SIPAS、OSAAS和IM-SSF三类，其中，OSAAS通过OSAServiceCapabilityServers而不是直接与IMS网元交互，IM-SSF则提供IMSSIP到CSCAP的映射及SSP触发能力，使IMS域VoIP业务用户能无缝继承CS智能业务；AS通过与HSS的接口

获得用户业务相关的数据和用户状态信息，其中，SIPAS和OSASCS与HSS间为基于Diameter的Sh接口，IM-SSF与HSS间为基于MAP的Si接口；S-CSCF与AS间的ISC接口用于AS进行相应的业务控制，AS可以以Proxy、UA、B2BUA、3PCC等方式进行业务控制；OSA：OpenServicesArchitectureR5完整架构(5)-----对外接口IMS其他网元功能SLF(SubscriptionLocatorFunction)：在运营商内设置多个HSS的情况下，I-CSCF在登记注册及事务建立过程中通过SLF获得用户签约数据所在的HSS域名，可与HSS合设。MGCF(MediaGatewayControlFunction)：实现IMS核心控制面与PSTN或PLMNCS的交互，支持ISUP/BICC与SIP的协议交互及呼叫互通，通过H.248控制IM-MGW完成PSTN或CSTDM承载与IMS域用户面RTP的实时转换。IM-MGW(IMS-MediaGatewayFunction)：完成IMS与PSTN及CS域用户面宽窄带承载互通及必要的Codec编解码变换。BGCF(BreakoutGatewayControlFunction)：根据互通规则配置或被叫分析，为IMS到PSTN/CS的呼叫选择MGCF，从而实现MGCF路由的自动获取。MRFC(MultimediaResourceFunctionController)：通过H.248控制MRFP上的媒体资源，解析来自其他S-CSCF及AS的SIP资源控制命令，转换为对MRFP的对应控制命令并产生相应计费信息;MRFP(MultimediaResourceFunctionProcessor)：作为网络公共资源，控制与其他IMS终端或IM-MGW之间的IP用户面承载连接，在MRFC控制下提供资源服务，包括媒体流混合（多方会议）、多媒体信息播放（放音、流媒体）、媒体内容解析处理（码变换、语音识别等）