IMS网络架构

nuhlong

ü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；

ü了解P-CSCF、S-CSCF和I-CSCF的区别及各自作用；

ü理解IMS移动性、业务开放性和可运营特性的实现机制；

ü了解HUAWEIIMS解决方案相对于标准IMS的主要竞争优势；

ü了解HUAWEIIMS产品的相关测试工具

   

IMS ：IP Multimedia subsystem（3GPP TS 23.002 ）

  The IM subsystem comprises all CN elements for provision of IP multimedia services comprising audio, video, text, chat, etc. and a combination of them delivered over the PS domain.

  The entities related to IMS are CSCF, MGCF, MRF, etc. as defined in the stage 2 of the IM subsystem TS 23.228 [34]. See TS 22.228 [27] for some service examples of IMS.  

ü 3GPP协议发展及IMS引入

ü 3GPP技术规范系列 & IMS相关规范

ü IMS概貌

SIP (RFC 3261) 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：

ü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，支撑丰富的媒体格式，可动态增/删媒体流，容易实现更加丰富的业务特性；

ü支撑智能向业务和终端侧发展，减轻网络的负担，方便业务开展；

üSIP支撑应用层移动性功能：包括动态注册机制、位置管理机制、重定向机制等；

üSIP本身具有Presence/Fork/订阅特性，便于扩展新业务；

ü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；

üP_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SIP UA携带的归属域名）；

ü支撑SIP会话建立后S-CSCF与IMS SIP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)；

ü在会话建立过程中解析用户面SDP信息，通过Diameter与QoS策略实行实体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实行，最终为IMS业务所使用的本地接入网IP QoS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；

ü负责与IMS SIP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；

ü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；

ü依据IMS鉴权过程得到的密钥进行与IMS SIP终端间可选的网络层IPSec ESP加密/解密处理，实现对接入控制信息的私密性、完整性保护；

ü支撑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；

ü作为SIP UA处理处理异常情况下的会话终结及相应SIP消息生成；

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，实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SIP AS / IM-SSF /OSA SCS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

ü充当IMS用户的SIP Registar，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撑；

ü支撑IMS AKA鉴权过程，对注册用户的合法性进行检查，并支撑从HSS获取鉴权集信息并将未用的鉴权信息进行本地保存；对于不支撑IMS AKA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

ü会话建立成功并确定下一跳路由情况下，支撑作为SIP Proxy进行消息转发；

ü作为SIP UA直接进行会话失败处理，向终端通知失败原因并释放会话；

ü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；

针对主叫SIP用户的会话控制：

a)判断主叫用户是否已注册，如未注册则拒绝会话请求；

b)支撑依据来自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SIP AS业务平台，以触发IMS用户相关增值业务逻辑的实行，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）

c)等待从SIP AS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SIP AS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）

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；

e)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SIP Server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；

针对被叫SIP用户的会话控制：

a)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；

b)支撑依据来自目的网络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SIP AS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实行，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）

c)等待从SIP AS业务平台返回的SIP会话，则判断该SIP会话消息内容的Request URL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SIP AS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。

d)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；

I-CSCF是运营商归属IMS网络的统一的初步入口点：

ü在IMS注册过程支撑依据用户签约及CSCF能力信息为用户指派一个服务CSCF，即S-CSCF;

ü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。

ü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，即支撑可选的所谓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。

ü负责IMS相关计费话单产生，将ACR通过Diameter送往CCF；

ØHSS存储运营商开户时设定的上述IMS签约信息，同时支撑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。

ØHSS提供与I-CSCF间基于Diameter协议的Cx接口，在IMS注册过程中 HSS通过该接口可实行用户接入/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；

ØHSS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，并支撑通过该接口将基本IMS签约信息下载到S-CSCF；

ØHSS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。

ØHSS提供与SIP AS间基于Diameter协议的Sh接口，为增值业务SIP AS或OSA SCS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。

ØHSS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IMS CAMEL智能签约数据，实现电路域CAMEL / INAP业务在IMS域的继承。

ØSLF(Subscription Locator Function )：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。

ØMGCF(Media Gateway Control Function)：实现IMS核心控制面与PSTN或PLMN CS的交互，支撑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CS TDM承载与IMS域用户面RTP的实时转换。

ØIM-MGW(IMS-Media Gateway Function)：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。

ØBGCF(Breakout Gateway Control Function )：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。

ØMRFC(Multimedia Resource Function Controller)：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;

ØMRFP(Multimedia Resource Function Processor)：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）。

ØDNS、ENUM Server：DNS(Domain Name System)服务器负责URL地址到IP地址的解析，可以直接借助Internet公网上的分层DNS Server，也可直接在网内新建DNS服务器。ENUM(E.164 Number URI Mapping)服务器负责电话号码到URL的转换，一般需IMS运营商新建。

ØDHCP Server：在标准DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol )服务功能的基础上，增加在动态分配IP地址过程中向IMS终端指定P-CSCF的URL地址的处理。

ØNAT/ALG设备：对于企业IP私网内的SIP终端，进一步要求NAT(Network Address Translation)、防火墙设备具备ALG(Application Level Gateway)功能，以对IMS SIP信令地址及SIP信令所包含的SDP地址信息进行解析，从而实现SIP控制面UDP/IP公私网地址及相应承载面RTP/IP公私网地址变换。