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1、IMS 技术学习笔记技术学习笔记1.移动网络的发展移动网络的发展-引子引子20 世纪 80 年代，商业性移动通信网络得到发展第一代移动通信系统：TACS、NMT 等模拟系统第二代移动通信系统：GSM、IS-95、DECT、IS-136 等数字系统，目前建设 的 2G 移动网络使用两种主要技术，GSM 网络使用 TDMA 技术，大约占 70%，IS-95 网络基于 CDMA 技术，大约占 25%。1992 年开始对 3G 移动通信系统进行研究： R99、R4、R5、R6、R7、R8、R92G (GSM), 基于电路交换2.5G (GPRS), 引入分组交换3G 时代的到来1992 年 ETSI
2、发起对即将到来的 3G 移动通信系统进行研究。采用 2GHz 附 近的频率，支持多种空中接口：WCDMA使用 2GHz 频谱的宽带码分多址接入EDGE用于 GSM 演进的增强数据传输速率CDMA2000（1xRTT）多载波 SCDMA 系统，用于在与 IS-95 相 同的频带上建设 CDMA 网络TD-SCDMA由中国提出支持分组数据业务，采用通用体系结构UMTS（由 3GPP 负责制定），已 有 6 个版本: 3GPP R99、R4、R5、R6、R7 和 R8具体的：3G (R99), 引入全新的 UTRAN3G (R4),电路域采用移动软交换3G (R5), 引入 IMS 域3G (R6)
3、,引入 WLAN 接入3G (R7), 功能增强：CSI (Combination of CS and IMS services)：研究如何将 CS 承载 和 IMS 结合起来为用户提供统一的业务，CS 传递实时业务，IMS 分组 域传递非实时业务VCC (Voice Call Continuity)：解决 CS 域和 IMS 之间语音业务切换 的连续性问题SMSIP: 研究如何通过 IPCAN 来提供短消息/多媒体消息业务FBI: IMS 如何支持固定接入，借鉴 TISPAN 的研究成果LCS3: 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
4、，研究 IMS 中计费和策略控制框架 的合并EC: 研究通过 IMS 如何提供紧急呼叫业务2.IMS 与现有通信系统之间的关系与现有通信系统之间的关系标准化组织在 IMS 上的协作3.IMS 与软交换与软交换IMS 在 3GPPRelease 5 版本中提出，是对 IP 多媒体业务进行控制的网络核 心层逻辑功能实体的总称。3GPP R5 主要定义 IMS 的核心结构，网元功能、 接口和流程等内容：R6 版本增加了部分 IMS 业务特性、IMS 与其他网络的互 通规范和无线局域网（WLAN）接 入特性等；R7 版本加强了对固定、移动融 合的标准化制订，要求 IMS 支持数字用户线（xDSL）、电
5、缆调制解调器等固 定接入方式。软交换技术从 1998 年就开始出现并且已经历了实验、商用等多个发展阶段， 目前已比较成熟。全球范围早已有多家电信运营商开展了软交换试验，发展至 今，软 交换技术已经具备了替代电路交换机的能力，并具备一定的宽带多媒体 业务能力。在软交换技术已发展如此成熟的今天，IMS 的出路在何方?又该如 何发展和定位 呢?首先需要对 IMS 和软交换进行较为全面的比较和分析。如果从采用的基础技术上看，IMS 和软交换有很大的相似性：都是基于 IP 分 组网；都实现了控制与承载的分离；大部分的协议都是相似或者完全相同的； 许多网关设备和终端设备甚至是可以通用的。IMS 和软交换最
6、大的区别在于以下几个方面。（1）在软交换控制与承载分离的基础上，IMS 更进一步的实现了呼叫控制层 和业务控制层的分离； （2）IMS 起源于移动通信网络的应用，因此充分考虑了对移动性的支持，并 增加了外置数据库归属用户服务器（HSS），用于用户鉴权和保护用户业 务触发规则； （3）IMS 全部采用会话初始协议（SIP）作为呼叫控制和业务控制的信令，而 在软交换中，SIP 只是可用于呼叫控制的多种协议的一种，更多的使用媒体网 关协议（MGCP）和 H.248 协议。 总体来讲，IMS 和软交换的区别主要是在网络构架上。软交换网络体系基于主 从控制的特点，使得其与具体的接入手段关系密切，而 IM
7、S 体系由于终端与核 心侧 采用基于 IP 承载的 SIP 协议，IP 技术与承载媒体无关的特性使得 IMS 体系可以支持各类接入方式，从而使得 IMS 的应用范围从最初始的移动网逐步 扩大到 固定领域。此外，由于 IMS 体系架构可以支持移动性管理并且具有一 定的服务质量（QoS）保障机制，因此 IMS 技术相比于软交换的优势还体现在 宽带用户的 漫游管理和 QoS 保障方面。3.IMS 的特点和体系结构的特点和体系结构1）特点：采用分层的架构，便于网络演进和业务部署：接入层、承载层、会话控 制层、业务应用层接入无关性，提供优越的融合特性：核心功能与接入技术无关基于 SIP 的会话控制，具备
8、良好的多媒体业务支持能力采用分布式开放性的体系结构，提供良好的可扩展性：开放的业务控制 接口，拥有 SIP 的灵活和可扩展性统一的用户数据管理（HSS）归属网络服务控制，提供一致的用户通信体验基于 iFC（初始过滤规则）的业务触发机制，实现呼叫控制和业务逻辑 的分离2）分层体系结构：3）功能实体简要归类a)会话管理和路由类服务呼叫会话控制功能 S-CSCF询问呼叫会话控制功能 I-CSCF代理呼叫会话控制功能 S-CSCFb）数据库归属用户服务器 HSS用户定位功能 SLFc）网间配合实体出口网关控制功能 BGCF媒体网关控制功能 MGCFIP 多媒体媒体网关功能 IM-MGW信令网关 SGW
9、d）服务应用服务器 AS媒体资源控制功能媒体资源处理功能e）支撑实体拓扑隐藏功能 THIG安全网关 SEG策略决策功能f）计费4.功能实体详解功能实体详解1）应用服务器AS 位于用户的归属网络或第三方网络负责提供应用逻辑和应用的运行环境处理和影响从 IMS 发来的 SIP 会话发起 SIP 请求发送计费信息给 CCF 和 OCS根据提供业务的方式不同，AS 分三类SIP AS：提供基于 SIP 的多媒体业务，如 PresenceOSA AS：由第三方提供基于 OSA API 开发的应用CSE：提供传统的智能网业务2）CSCFCall Session Control FunctionIMS 系统
10、中完成呼叫控制功能的核心组件，主要功能：信令路由，会话管理， 资源分配，安全认证，业务触发，计费控制。a）P-CSCF：代理呼叫会话控制功能IMS 系统中用户的第一个接触点系统中用户的第一个接触点 ，主要功能：作为 SIP Proxy，在 UE 和 S/I-CSCF 间转发 SIP 请求和响应信令消息异常会话释放/注册时，充当 SIP UA 发起 SIP 事务检测紧急会话向 CCF（计费采集功能）提供计费信息SIP 信令完整性和机密性保护SIP 消息的压缩和解压向 S-CSCF 订阅注册事件包执行媒体监管维护会话计时器b）I-CSCF：问询呼叫会话控制功能运营商归属网络中为所有连接到该运营商网
11、络的用户的连接提供的一个联系点， 主要功能：注册阶段指定 S-CSCF获取 S-CSCF 的名字前转 SIP 消息和响应给 S-CSCF向 CCF 提供计费信息拓扑隐藏功能c）S-CSCF：服务呼叫会话控制功能IMS 的核心所在，位于归属网络，提供注册和呼叫控制服务，主要功能：注册服务功能基于 AKA 的认证从 HSS 下载用户信息和业务数据消息路由和转发会话控制功能与业务平台交互E.164 号码与 SIP URI 之间的转换维护会话计时器、执行媒体监管、支持紧急呼叫向 CCF 或 OCS 提供计费信息d）HSS：归属用户服务器IMS 中所有与用户和业务相关数据的主要存储器，主要数据包括:用户
12、身份、 注册信息、接入参数、业务触发信息。HSS 功能包括三部分：IMS 功能CS 域 HLR/AUC 功能PS 域 HLR/AUC 功能e）MRF：媒体资源功能，多用于多方会话MRFC：媒体资源功能控制器-对 IMS 域内部的媒体资源进行控制，通过 H.248 协议维护、控制 MRFP 中的媒体资源，与 S-CSCF 交互，间接接受 AS 的控制，向 CCF 或 OCS 提供计费信息。MRFP：媒体资源功能处理器-对 IMS 域内部的媒体资源进行处理，接受 MRFC 的控制：H.248，完成对媒体流的编解码、转换、混合和播放等功能。f）网关功能BGCF：外出网关控制功能-负责在 IMS 与
13、PSTN/CS 域互通时候选择 到 CS 域的出口的位置，即选择 MGCF 或 BGCFMGCF：媒体网关控制功能-IMS 用户与 CS 用户互通的控制网关，控 制 IMS-MGW 中媒体信道的连接，选择 CSCF，进行协议转换：SIP 与 ISUP，并与 SGW 交互IMS-MGW：IMS 媒体网关功能-在 IMS 与 CS 间提供用户平面链路， 在 MGCF 的控制下，完成媒体协议转换、回声消除、转码等功能SGW：信令网关-SIP 与 SS7 之间的转换，支持 SIGTRAN5.参考点参考点ISC：S-CSCF 与 AS 平台之间，提供 IMS 业务控制机制的重要接口， 基于 SIP 协议
14、，传送 AS 提供的业务相关的 SIP 消息。Cx：CSCF 与 HSS 之间，提供 S-CSCF 分配、路由查询、认证授权、 业务过滤控制等功能，基于 Diameter 协议。Gm：UE 与 P-CSCF 之间，基于 SIP 协议，完成注册、呼叫控制、事 务处理等功能。Mw：CSCF 与 CSCF 之间，基于 SIP 协议，完成注册、呼叫控制、事 务处理等功能。Mg：MGCF 与 CSCF 之间，基于 SIP 协议，负责将边缘功能 MGCF 连 接到 IMS 上。Mr：CSCF 与 MRFC 之间，基于 SIP 协议，支持 S-CSCF 与 MRFC 之 间的交互，是 IMS 域内实现多方会
15、议的通道。Mp：MRFC 与 MRFP 之间，MRF 内部通道，兼容 H.248/Megaco， 支持 MRFC 对 MRFP 提供的资源的控制。Mn：MGCF 与 IMS-MGW 之间，采用 H.248，用于控制用户平面资源。Mi：CSCF 与 BGCF 之间，基于 SIP 协议，是 IMS 域内部与 CS 域互 通的通道。Mj：BGCF 与 MGCF 之间，基于 SIP 协议，是 IMS 内部与 CS 域互通 的通道。Sh：HSS 与 AS（SIP AS 及 OSA AS）之间，基于 Diameter 协议， 完成数据处理、订购通知。Si：HSS 与 CAMEL SE 之间，采用 MAP
16、协议，传输 CAMEL 订购关系 信息。6.IMS 的主要协议的主要协议主要是 SIP，SDP，H.248/Megaco，Diameter。1）IMS 对 SIP 的扩展SIP 压缩：SigComp安全CSCF 路由网络发起的呼叫释放RFC3455 定义了专用于 3GPP IMS 的 SIP 头 P-Charging-Vector P-Charging-Function-Address P-Visited-Network-ID P-Access-Network-Info P-Associated-URI2）Diameter 协议Diameter 是 IETF 开发的用于认证、授权和计费（AAA）的协议，基于远程 拨入用户认证服务（RADIUS）协议构建而成。Diameter 基本协议基于 RFC3588，客户/服务器协议，传递 Diameter 数据 单元、协商能力集、
