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1、3G核心网演进和IMS摘要文章介绍了3G核心网的演进历程和IMS的体系结构及协议，阐述了IMS对PS域的要求，与CS域的互通，及其和CS域在业务发展上的关系，最后分析了IMS的几个发展阶段。 1、引言 3G核心网分为电路交换域（CS域，Circuit SwitchedDomain）和分组交换域（PS域，PacketSwitchedDomain）。CS域为用户提供“电路型业务”或相关信令连接路由；PS域为用户提供“分组型数据业务”。PS域源于通用无线分组业务（GPRS，General Packet RadioService），在GPRS（2.5G技术）的基础上实现了功能扩展和增强，其最终目的是提
2、供高速的分组数据业务。 IMS以IP分组网络作为承载，可以通过GPRS接入，为3G用户服务还可以有其他接入方式如WLAN、xDSL等，为非3G用户服务。IMS作为融合IP网络中的统一的呼叫控制核心，促进了网络融合。从功能上来说，IMS作为新的子系统，和电路域、分组域有着并列关系，即3G核心网在3GPPR5版本以后可以分为CS域、PS域和IMS。通过PS域接入IMS服务，对PS域提出了新要求，如Go接口、P-CSCF发现机制、基于流的计费等。对于基本的语音呼叫和视频呼叫，可以通过IMS和CS域互通实现。在业务发展上，CS域和IMS是业务互补、网络互通、融合替代的关系。 2、3G核心网演进 从3G
3、PP标准的演进可以较为清晰地说明3G核心网的演进过程。如表1所示。 表13GPP版本演进 3GPP版本 冻结时间 核心网电路域特点 核心网分组域特点 R99 2000年底 和GSM核心网相同接入网已分组化的AAL2话音仍须经过编解码转换器转化为64k TDM语音，传输资源利用率低。 和GPRS核心网基本相同 R4 2001年3月 利用了软交换思想，实现了呼叫控制和承载的分离基于IP/ATM组网时可采用TrFO，节省传输资源 和R99 GPRS核心网基本相同 R5 2002年3月冻结，之后有改动 对电路域不作要求 在分组域上叠加了IP多媒体子系统IMS（呼叫控制CSCF和媒体网关控制MGCF进一
4、步分离）由于以分组域作为承载传输，更好地实施对多媒体业务的控制 R6 2004在 对电路域不作要求 WLAN可以通过PDG接入到IMS；完善网络互通、安全性等方面的内容，同时制定IMS消息类业务相关的规范。 R7 推迟到2006年 对电路域不作要求 IMS支持xDSL/Cable接入方式 从表1中可以得出结论：R5以后，3GPP核心网的电路域不再有发展，而发展变化是以IMS为核心在分组域展开的。分组域除了承担原有的提供分组数据业务以外，还需要为IMS提供承载。 3、IMS体系结构和特点 图1描述了IMS的体系结构。IMS网络可以通过PS接入，也可以通过其他网络接入（如WLAN和xDSL），可以
5、与CS域互通，以及与其他的IMS网络互通。IMS网络的功能实体大致分为以下几类：会话管理和路由类（CSCF）、数据库类（HSS，SLF）、网间配合类（BGCF，MGCF，MGW，SGW）、服务类（MRFC，MRFP）、支撑类（PDF）。 图1IMS体系结构 图2描述了IMS功能实体的地理分布。P-CSCF位于拜访网络，I-CSCF、S-CSCF、HSS、SLF、MRFC和MRFP位于归属网络。 图2IMS功能实体地理分布 3.1IMS主要功能实体 按照IMS的功能实体的地理分布和功能特点，IMS的主要功能实体可分类为： （1）拜访网络功能实体 代理呼叫会话控制功能（P-CSCF，Proxy C
6、all Session Control Function）：是IMS系统中用户的第一个接触点，转发所有SIP客户端的注册和呼叫，根据主叫被叫的SIP URI去找到其相应的归属域。 （2）归属网络功能实体 代理呼叫会话控制功能（I-CSCF，Interrogating CSCF）：是归属域的入口，为每个呼叫找到相应S-CSCF。 服务呼叫会话控制功能（S-CSCF，Serving CSCF）：是整个IMS的控制核心，位于归属网络。它完成用户注册认证、会话控制、URI解析、应用服务器触发等功能。 归属用户服务器（HSS，Home Subscriber Server）：是用户数据库服务器，包括用户身
7、份、注册信息、接入参数和服务触发信息等。 签约关系定位功能（SLF，Subscription Location Function）：当部署了多个HSS时，能够找到给定用户签约的HSS，向I-CSCF和S-CSCF提供用户标识到HSS名的解析。 媒体资源控制器（MRFC，Media Resource FunctionController）和媒体资源处理器（MRFP，Media Resource FunctionProcessor）的功能：根据S-CSCF和/或应用服务器的调用，MRFC通过H.248协议控制MRFP完成相应的媒体流编解码、转换、混合和播放，在系统中起到会议桥和IVR的作用。 （3
8、）与CS域互通功能实体 媒体网关控制功能（MGCF，Media Gateway Controller Function）：是使IMS用户和CS用户可以进行通信的网关； 媒体网关（MGW，Media Gateway）：提供CS网络（PSTN、GSN）和IMS之间的用户平面链路； 出口网关控制功能（BGCF，Breakout Gateway ControlFunction）：负责选择到CS域的出口位置，其一是选择同一网络中的MGCF和MGW，其二是选择不同IMS网络中的另一个BGCF，并由其选择MGCF来实现到CS域的出口。 3.2IMS协议分类 从图2中可以看出，IMS网络中的主要协议有SIP、
9、Diameter、COPS和H.248。 （1）会话初始化协议（SIP，Session InitiationProtocol）：根据其功能分为网络接口（NNI，Network and NetworkInterface）、用户网络接口（UNI，User and Network Interface）和IMS服务控制接口（ISC，IMSService Control）。 NNI：完成会话控制消息交换。在CSCF之间，以及与其他功能实体间接口消息；BGCF之间，以及与其他功能实体间都是SIP消息。包括的接口有Mw、Mm、Mr、Mg、Mi、Mj、Mk； UNI：是UE与P-CSCF之间的Gm接口，完成注
10、册、会话控制、事务处理； ISC：S-CSCF和业务平台AS之间接口，用于服务控制。 （2）Diameter协议基于远程拨入用户认证服务（RADIUS，Remote Authentication Dial In User Service），包含的接口有： Cx接口，在I-CSC/S-CSC和HSS之间，用于位置管理、用户数据处理和认证； Sh接口，在AS和HSS之间，用于数据处理和订阅通知； Dx接口和Dh接口，分布位于I-CSC/S-CSCF和SLF之间，以及在AS和SLF之间，都用于在多个HSS环境中查找正确的HSS； Gq接口，在P-CSCF和PDF之间，用于交换承载控制和计费相关信息。
11、 （3）公共开放策略服务（COPS，Common Open Policy Service）用于PDF和GGSN之间的Go接口，交换与策略决策相关的信息。 （4）H.248协议用于媒体网关控制和媒体资源的控制，包括： Mp接口，在MRFC与MRFP之间； Mn接口，MGCF与IM-MGW之间。 4、IMS对PS和CS的影响以及IMS的发展分析 4.1IMS对PS域的要求 在R5版本中，通过核心网分组交换域（PS域）接入IMS服务。PS域要为IMS信令和媒体建立一个或者多个PDP Context，提供UE到IMS之间信令和媒体的下层承载。 引入IMS后，PS域需要增强的功能包括：长期在线所需要的保
12、留功能、QoS增强、二次PDP上下文激活（Sencordary PDP Context Activation）、PDPContext修改。以上功能是3GPP在R99和R4的分组域已经要求的功能，但是由于业务局限性，有些功能显得并不重要。引入IMS以后，这些功能变得尤其重要，因此这些功能是PS针对IMS需要增强的功能。 另外PS域需要新增一些功能，包括：GGSN和P-CSCF之间需支持Go接口，以实现IMS所需的策略决策；GGSN要承担P-CSCF发现功能；GGSN支持基于流的计费功能（Flow BasedCharging），以提供基于内容、实时、非实时的计费；为支持多媒体广播组播业务（MBMS
13、，MultimediaBroadcast/Multicast Service），SGSN，GGSN，RNC，Node B乃至UE都需做相应的扩展和功能增强。 （1）增强功能 长期在线所需要的保留功能 保留（Preservation）功能是为了解决用户长期在线带来的无线资源浪费的问题。也就是说，在激活PDP上下文的用户长时间没有数据传输的时候，释放无线资源，保留核心网资源，一旦出现上下行激活，用户可以尽快获得无线资源，传输数据。 QoS增强 R99和R4的主要业务是以数据业务承载为主，涉及的QoS类型为Backgroud和Interactive。R5IMS的引入，对于Steaming和Conve
14、rsation类型的QoS也有了明确的需求。因此PS域在如何保证相关QoS类型的时延、抖动、丢包率等方面都需要增强。 二次PDP上下文激活 3GPP定义的二次PDP上下文激活功能是为了用户的同一个APN和同一个IP地址创建不同的QoS的PDP上下文。对于IMS来说，如果要更好的为用户提供业务，针对SIP信令、不同业务的媒体，都应该采用不同的QoS承载。这样，二次PDP上下文激活功能就会广泛应用。 PDP Context修改 IMS允许SIP信令、媒体承载在同一个PDP上下文上，但是信令和不同的业务媒体对于QoS有着不同的要求，因此IMS要求PDPContext的QoS可以重新协商，这样PS可以
15、根据不同的承载内容选择不同的QoS。因此该功能在IMS中属于基本功能，需得到增强。 （2）新增功能 Go接口 IMS引入了策略控制（Police Control）的功能，GGSN跟P-SCSF中的PDF功能通过Go接口交互实现策略控制的功能，Go接口采用COPS协议。通过Go接口消息交互，实现对QoS资源的批准。 P-CSCF发现功能 GGSN作为IMS接入点，自然要承担P-CSCF发现功能。3GPP定义了两种P-CSCF发现的方式。一种是在PDP Context激活的过程中，由GGSN获得P-CSCF的IP地址，并且以PDPContext成功激活响应通知终端；另外一种是在PDPContext激活成功以后，终端通过DHCP获得P-CSCF的域名，然后通过DNS解析获得P-CSCF的IP地址。 基于流的计费 R5的计费方式是针对承载PDPContext的计费，R6则引入了基于流的计费，实现针对不同业务数据流的计费，即针对用户的不同APN、QoS、不同应用、不同业务流类型、甚至不同的业务流速率进行区分计费。基于流
