IMS基础概念和网络架构

内容

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
IMS网络架构
IP Multimedia Networks PSTN
Mb Mb PSTN PSTN
Legacy mobile signalling Networks
BGCF
Mk Mj Mk
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SIP UA携带的归属域名）； 支持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)； 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； 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； 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； 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SIP UA处理处理异常情况下的会话终结及相应SIP消息生成； 代理
SIP请求消息
INVITE：发起会话请求 ACK：对INVITE请求的响应的确认 BYE：结束会话 CANCEL：取消尚未完成的请求 REGISTER：注册，完成地址绑定 OPTIONS：查询服务器的能力 INFO：传递呼叫中间交互内容 MESSAGE：消息 SUBSCRIBE：预订某个事件通知 NOTIFY：发送事件通知 UPDATE：会话建立前后修改会话 属性 REFER：要求对方执行某种指定 操作
标准
基于SIP协议的3GPP IMS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……
网络发展总体趋势
长期的发展与演进
初期的全业务网络
多业务
内容
全业务网络
呼叫控制
业务 控制
内容
有线电视网
移动网
固定网
数据网
承载网络 无线接入网 宽带接入网 传统接入网
终端网络
3GPP协议发展
3GPP R5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 R4 CS域承载与控制分离思路在PS域的延续；
3GPP协议发展-R5
3GPP R5版本特征：
继承WCDMA R4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； IP QoS方面的增强； 业务方面的增强，如OSA，Push Service……
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-header CRLF [message-body] start-line = Request-Line/Status-Line Request-Line = Method SP Request-URI SP SIP-Version CRLF Status-Line = SIP-Version SP Status-Code SP Reason-Phrase CRLF
R5版本初步实现了3GPP最初提出的ALL IP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（IMS phase2），最终实现完整的ALL IP网络。
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：
INVITE sip:UserB@there.com SIP/2.0 Via: SIP/2.0/UDP here.com:5060 From: BigGuy <sip:UserA@here.com> To: LittleGuy <sip:UserB@there.com> Call-ID: 12345601@here.com CSeq: 1 INVITE Contact: BigGuy <sip:UserA@here.com Content-Type: application/sdp Content-Length: 147
IMS概貌
作为R5主要内容之一， 3GPP IMS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； 3GPP IMS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； 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
v=0 o=UserA 2890844526 2890844526 IN IP s=Session SDP c=IN IP4 100.101.102.103 t=0 0 m=audio 49172 RTP/AVP 0 a=rtpmap:0 PCMU/8000
SIP响应消息
1xx：临时响应 2xx：成功 3xx：重定向 4xx：客户端错误 5xx：服务端错误 6xx：全局错误
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；
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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
IMS 基本概念
IMS是3GPP R5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 ：IP Multimedia subsystem（3GPP TS 23.002 ）
CSCF
Mm Mw
IMS主要网元：
• CSCF：
C, D, Gc, Gr Cx
BGCF
Mi
IMS-MGW MGCF
Mn Mb Mg Mr
CSCF
Mw Dx
HSS SLF
- P-CSCF - S-CSCF - I-CSCF
MRFP
Mp Mb Mb Mb
MRFC
P-CSCF
Gm Gq PDF Go Gi
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
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. 3GPP协议发展及IMS引入 3GPP技术规范系列 & IMS相关规范 IMS概貌
SIP/2.0 200 OK Via: SIP/2.0/UDP here.com:5060 From: A <sip:UserA@here.com> To: B<sip:UserB@there.com>;tag=8321234356 Call-ID: 12345601@here.com CSeq: 1 INVITE Contact: LittleGuy <sip:UserB@there.com> Content-Type: application/sdp Content-Length: 147
CSCF按其位置和功能又可分为 P/S/I 三种类型：其中：
P-CSCF(Proxy CSCF)：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Request URI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(Serving CSCF)：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(Interrogating CSCF)：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；
v=0 o=UserB 2890844527 2890844527 IN IP4 there.com s=Session SDP c=IN IP4 110.111.112.113 t=0 0 m=audio 3456 RTP/AVP 0 a=rtpmap:0 PCMU/8000
3GPP IMS规范列表
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
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
厂商 两种部件，多媒体部件支持SIP协议，宣称未来支持3GPP IMS 架构，支持固定移动融合 基于SIP协议的3GPP IMS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。
UE
IP 多媒体子系统
• HSS • SLF • BGCF • MGCF/IM MGW • MRFC/MRFP • AS ……
Iu-PS
SGSN
Gn
GGSN
分组域
WLAN 或其他 方式的 IP-CAN
UTRAN
UE
Iu-CS
MSC
电路域
R5完整架构(1)-----呼叫控制
Байду номын сангаасSCF
CSCF：Call Session Control Function
SIP协议
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：