中兴通讯股份有限公司IMS系统架构与基本原理

IMS系统架构与基本原理中兴通讯股份有限公司

ZTECorporation2007年4月7日IMSarchitectureandbasicprinciples教程概述教程系列1、IMS系统架构和基本原理IMS的引入、IMS架构、以IMS为核心的NGN架构、基本注册/会话流程、业务提供模式、计费模式2、ZTEIMS解决方案和市场应用3、IMSQoS技术4、IMS安全技术和IPv4/v6技术5、IMS标准新进展（VCC/CSI技术等）6、SIP协议栈培训致谢本教程改编自朱为勇《IMS基础培训材料》汤凯《基于IP的多媒体系统IMS简介》汇报提纲IP多媒体的引入与发展IMS架构与流程IMS业务提供模式Offline/Online计费模式移动网络演进2GGMSCMSC/VLRHLRHLRDBBSSBSSMAP其他PLMNMAP2G2.5GR99R4R5R6R7A移动网络的发展移动网络演进2.5GGMSCMSC/VLRCSDomainHLRHLRDBBSSBSSMAP其他PLMNInternetSGSNPSDomainMAPMAPMAPGGSNIP2G2.5GR99R4R5R6R7一个叠加的GPRS网络，提供端到端包数据的交换服务；PS域采用PPP/SDH,PPP/E1,FRoverE1,ATM,LAN等接口；GbA1～8TS,9~150kbpsGPRSattachmentPDPcontextactivationGTP移动网络的发展移动网络演进R99GMSCMSC/VLRHLRHLRDBBSSBSSMAP其他PLMNInternetSGSNMAPMAPMAPRNSCSDomainPSDomainGGSNIP2G2.5GR99R4R5R6R7GbIu-PSIu-CS基于ATM的Iu-CS接口和基于ATM或IP的Iu-PS接口GTP移动网络的发展移动网络演进R4HLRHLRDBBSSBSSMAP其他PLMNInternetSGSNMAPMAPMAPRNSMGWMSCServerMGWGMSCServerCSDomainPSDomainGGSNIP2G2.5GR99R4R5R6R7基于ATM的Iu-CS接口和基于ATM或IP的Iu-PS接口CS域引入控制和承载的分离结构Iu-PSIu-CSGTP移动网络的发展移动网络演进R5HSSHSSDBBSSBSSMAP其他PLMNInternetGGSNSGSNMAPMAPMAPIPRNSMGWMSCServerMGWGMSCServerIMSDomainP-CSCFS-CSCFCSDomainPSDomainIM-MGWMGCFMRFPMRFC2G2.5GR99R4R5R6R7SLF全IP的Iu接口，同时继承ATM传输引入IP多媒体域Iu-PSIu-CSGTP移动网络的发展移动网络演进R6HSSHSSDBBSSBSSMAP其他PLMNInternetGGSNSGSNMAPMAPMAPIPRNSMGWMSCServerMGWGMSCServerIMSDomainP-CSCFS-CSCFCSDomainPSDomainIM-MGWMGCFMRFPMRFC2G2.5GR99R4R5R6R7SLFPDGAAAAAAServerI-WLANWLAN接入网WAGIu-PSIu-CSGTP移动网络的发展SAE\LTE:3GPP系统的长期演进，以满足长期电信网络的发展需要。LTE(Longtermevolution)主要侧重点在提高空口速率，提高接续速度，NodeB和RNC的功能合并。SAE(System

architecureevolution)主要侧重于CN的功能拆分，提供多种接入方式之间的漫游。VCC：研究IMS和CS语音呼叫之间的切换PCC：研究IMS中计费和策略控制框架的合并EC：研究通过IMS如何提供紧急呼叫CSI：研究如何将CS承载和IMS结合起来为用户提供统一的业务。由于IMS在无线Qos等方面存在的问题，该课题考虑主要利用CS来传递实时业务，而IMS来传递非实时业务SMSIP：研究如何通过IPCAN来提供短消息\多媒体消息业务FBI:研究IMS如何提供固定接入。目前3GPP在等待TISPAN的研究结果LCS3：研究如何在WLAN接入IMS的系统中提供定位业务。E2EQos：研究端到端的Qos机制移动网络演进R72G2.5GR99R4R5R6R7移动网络的发展3GPP标准的发展（IMS）R99R4R5R6R7UMTS技术的发端。采纳软交换技术改造MSC控制器，将控制与承载分离，引入MSCServer和MGW。类似窄带软交换技术。终端设备UE与网络CS域的业务控制，仍然遵循Telco严格的业务定义和控制流程的传统。垂直型的业务提供机制。引入移动多媒体子系统IMS，实现软交换技术和移动技术的融合。演进型的技术引发革命型的影响。类似宽带软交换技术。终端设备UE与网络IMS域的业务控制，融合Internet业务模式和Telco业务模式。将电信业务平台推至网络的最边缘和最高应用层面，UE和SDP成为一体的业务平台。水平型的业务提供机制。不断拓展IMS技术的接入无关特性。IMS技术被业界广泛的采纳和认可成为网络融合的基础，和提供融合、灵活的综合业务的网络平台。标准组织在IMS上的协作MobileIPResidentialWirelineAccesstoIMSPoCMessagingGLMSMultimediaTelephonyCellularAccesstoIMSPresenceCSIWLANAccesstoIMSVCCMultimediaTelephonyMultimediaTelephonyIMS与UMTS/SS的关系MSCServerControlLayerMGWAccessLayerGGSNSGSNServiceLayerMGCFIM-MGWP/I/S-CSCF

BGCFMRFCMRFPIADAGMSPNB-SSBB-SSBearerLayerIN-SCPParlay/OSAIN-SCPParlay/OSASIPASIN-SCPParlay/OSASIPASIP-CANHLRHSS(SLF)UMTSSSIMSIMS是移动概念、软交换概念和分布式系统概念的集合IMS特点基于IETF协议IP、DNS、SIP、Diameter、COPS、SDP、XMLRTP、RTCP、H.248(MEGACO)协议统一统一SIP作为业务控制协议，统一Diameter作为AAA协议，统一XML作为UserProfile协议归属控制S-CSCF为用户业务的唯一触发点接入独立性例：3GPP2可完全重用3GPP中的IMS，WLAN/WiMax接入等业务、控制、承载层的完全分离IMS特点（cont.）CSCF动态分配提高网络的可靠性SIP信令自主路由SIP信令可携带路由信息，可简化后续路由增强计费功能Online/Offline计费增强安全性定义了完整的安全框架，基于IPSec、AKAQoS能力SBLP方式、资源预留方式TISPAN的NGN研究TISPAN（TelecommunicationsandInternetProtocolHarmonizationOverNetworks）是ETSI下属的一个TC，成立于2003年9月，专门对NGN进行研究和标准化工作。TISPANNGN核心网中基于SIP的核心网采用3GPP定义的IMS平台，并尽可能重用IMSRelease6的相关规范，但要求支持更多的接入方式，包括xDSL、WLAN、LAN、MAN等。TISPANNGN的核心网包含的范围很广，它涵盖了多种子系统，ETSI在3GPPIMS的基础上对NGN的架构作了扩展，增加了RACS、NASS系统等。ETSI将研究固网标准话的SPAN组织和研究VoIP的TIPHON组织合并，成立TISPAN，对NGN进行研究和标准化。TISPANR1，提供游牧和用户控制的漫游，提供接入网络附着子系统，接入方式重点考虑xDSL。TISPANR2，根据用户签约配置和业务需求，优化资源的使用。TISPANR3，不同网间的游牧和用户控制的漫游，高速宽带接入(VDSL、FTTH、Wi-Max)。2005200720092003ResourceandAdmissionControlFunctionalityRACSBasedon3GPPIMSIPConnectivityAccessNetworkAndrelatedfunctionalityNetworkAttachmentFunctionalityNASSOtherMultimediaComponents…StreamingServices(RTSPbased)PSTN/ISDNEmulation(SIP-Ibased)ApplicationsCoretransportNetwork3GPPIP-CANAccessTransportNetworkIP3GPPTerminalsNGNTerminalsLegacyTerminalsCustomerNetworksDataBaseOtherNetworks“Gq”interface“Go”

interfaceIPMultimediaComponent(CoreIMS)(SIPbased)PSTN/ISDNMBGTGWICFGWGWLegacyTerminalsNGNTerminalsLegacyTerminalsTISPAN融合网络图以3GPP的IMS为基础进行扩充，要求支持更多的接入方式。NASSNASSRACSTISPANR1与3GPPR6对照NetworkAttachment3GPP: GPRSentities+HLR(PSpart)TISPAN: NASSentitiesResourceControl3GPP: PDFandGGSNTISPAN: RACSentities+

RCEFandBGFentitiesMMSessionControl3GPP: IMS(R6)TISPAN(R1) IMS(R6)TISPAN对3GPPIMS的结构无影响，仅要求增强P-CSCF和修改流程汇报提纲IP多媒体的引入与发展IMS架构与流程IMS业务提供模式Offline/Online计费模式IMS体系功能实体图CSDomain

-or-

PSTN

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Legacy

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ExternalMultimedia

IP

NetworksSIPTCPUDPHTTPOthersAlternative

AccessNetworksApplications

and

ServicesSCPASSIPOperator1MRF-CMGCFCxScGrMmMnGcMgBGCFMiGoGmSLFMRF-PMpISCSIPDiameterH248SIPH248COPSSIPDiameterMAPSIPMj……ISUPSGWMrCSCFMwBGCFMkOperator2SIPDxSIPShMAP‘MGWSGWSIPSIPCAPOSASiIM-SSFOSA-SCSDiameterCAPCSCFPDFHSSHLRPSDomainGGSNSGSNGnTCP/IP/UDP/RTP/…UEUTRANMTTEUuIuRGERANDiameterGqIMS网络实体IP-CAN网络IP连通网络，提供IP接入承载，可以是任意的IP网络，目前3GPP的主要工作是基于GPRS网络业务网络主要是应用服务器，用于向IMS用户提供各种增值业务，目前在IMS域中主要有三种业务提供方式：SIP-AS提供方式、Parlay网关提供、SCP提供，另外，对于一些传统的的基本业务，目前正在研究使用一个基本呼叫服务器来实现的方式IMS核心网这部分是系统主要要实现的部分，主要完成IMS用户管理、IMS业务的交换、网间互通、业务触发等处理，主要由P/I/S-CSCF网元、SLF/HSS、BGCF、MRFC/MRFP等网元构成互通域包含SGW、MGCF/MGW等实体，用于IMS域业务域传统的PSTN、PLMN等网络的互联互通计费域包含Offline计费和Online计费的相关网元设备IP配套网元另外，一个完整的IMS解决方案，还需要其他各种IP网元提供服务，如：DNS、Firewall、NAT、DHCP等IMS网络实体-GGSNGGSN:网关GPRS服务节点GRPS分组网络和IMS网络的接口所有UE相关的IMS信令、业务流均通过GGSN引入PEP功能，以完成基于业务的QoS策略控制IMS网络实体-P/I/S-CSCFProxy(P)-CSCF:代理CSCFUE到网络的第一个连接点建立同终端间的安全联盟（SA）授权承载资源和QoS管理SIP头压缩PDF功能：QoS资源的维护及授权计费：Offline计费Interrogating(I)-CSCF:查询CSCF IMS系统对外的联系点S-CSCF分配功能THIG功能：隐藏IMS网络内部拓扑信息被叫S-CSCF定位功能计费：Offline计费Serving(S)-CSCF:服务CSCF用户的Registrar，负责用户的注册负责用户的鉴权、授权负责用户的业务控制和触发，与业务层进行交互计费：Offline计费、Online计费IMS网络实体-BGCFBGCF:出口网关控制功能为被叫出IMS网络（如：PSTN/CS）选择适当的出口点若被叫和IMS同网，则选择本网的一个MGCF若被叫非本网，则交给另一个网络接口的BGCF不同运营商的IMS网络互通，不需经过BGCF需要维护或访问网络接口拓扑信息、出口策略数据库计费：Offline计费IMS网络实体-MGCF/MGWMGCF:媒体网关控制功能IMS控制面与传统PSTN/CS网络的互通点控制IMS-MGW，以完成媒体面的互通：H.248IMS侧：与I/S-CSCF互通PSTN/CS侧：SIP到BICC/ISUP协议转换计费：Offline计费可以在R4的MSCServer基础上演进IM-MGW:媒体网关功能IMS媒体面与传统PSTN/CS域的互通点接受MGCF控制：H.248提供声码器、回声消除器资源提供通知音、DTMF资源提供会议桥资源和R4的MGW基本相同，使用了与互通相关的子集IMS网络实体-MRFC/MRFPMRFC:媒体资源控制功能IMS域内部的媒体控制资源功能维护、控制MRFP中的媒体资源：H.248与S-CSCF互通，间接接受AS的控制计费：Offline计费、Online计费MRFP:媒体资源功能IMS域内部的媒体资源功能接受MRFC控制：H.248提供声码器资源提供通知音资源提供会议桥资源IMS网络实体-IMS-SSF/OSA-SCSIMS-SSF：IMS业务交换功能IMS域向传统智能网提供业务能力的一个接口实体接口：CAMEL4IMS-CAP完成SIP信令与CAP信令的转换BCSM维护及特征映射计费：Offline计费、Online计费

OSA-SCS：OSA业务能力服务器IMS域向OSA-AS提供业务能力的一个接口实体完成SIP信令到OASAPI的转换计费：Offline计费、Online计费IMS网络实体-HSS/SLFHSS:归属签约用户服务器存储IMS用户的签约数据、ServiceProfile、位置信息、鉴权信息等也可提供传统的HLR功能：CS签约数据、PS签约数据接口：Diameter(IMS)、MAP(CS/PS)SLF：用户定位功能根据SIPURI定位HSS需要访问HSS的实体均需调用单一HSS环境不需要：ServerFarm方式IMS域关系图P-CSCFMGCF/BGCFGMSCServerMSCServerMGWMGWGGSNSGSNI/S-CSCFIM-MGWRNCCoreNetworkPS域CS域HSSMRFCMRFPRadioAccessNetworkIu-CSIu-PSIMS域ToPSTNSIPASIMS与CS、PS的关系IP多媒体子系统应用PS域来进行多媒体信号的承载和传输。PS域为IMS提供服务，终端的移动性对于IMS来说是屏蔽的。

IP多媒体子系统和CS域之间是相对独立的，只有一些网络设备可能需要和CS域进行通讯。在部署一个IP多媒体子系统时，并不一定需要部署CS域。IMS与CS目前是一种业务互相补充，网络互连互通的关系。IMS对CS进行逐步融合替代CSI对CS与IMS互通互补的重要作用ServiceBroker

(SCIM)IMS网络参考图IM-MGWI-CSCF(RegisterRouting

S-CSCFassignment

&THIG)MRFCMRFPP-CSCFPresenceServerUEIP-CANUMTS-PSS-CSCFWiMAXWLANOtherBBAccessPDFManagedIPBackboneNetworkwithQoSfulfillmentAAAorHLRHSS/SLFLocationSer