1、IMS系统架构与基本原理,中兴通讯股份有限公司 ZTE Corporation,IMS architecture and basic principles,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、ZTE IMS解决方案和市场应用 3、IMS QoS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
2、架构与流程 IMS业务提供模式 Offline/Online计费模式,移动网络演进2G,HLR,HLR DB,BSS,BSS,MAP,其他PLMN,MAP,2G,2.5G,R99,R4,R5,R6,R7,A,移动网络的发展,移动网络演进2.5G,CS Domain,HLR,HLR DB,BSS,BSS,MAP,其他PLMN,Internet,SGSN,PS Domain,MAP,MAP,MAP,GGSN,IP,2G,2.5G,R99,R4,R5,R6,R7,一个叠加的GPRS网络，提供端到端包数据的交换服务； PS域采用PPP/SDH, PPP/E1, FR over E1, ATM, LAN
3、等接口；,Gb,A,18 TS, 9150kbps GPRS attachment PDP context activation,GTP,移动网络的发展,移动网络演进R99,HLR,HLR DB,BSS,BSS,MAP,其他PLMN,Internet,SGSN,MAP,MAP,MAP,RNS,CS Domain,PS Domain,GGSN,IP,2G,2.5G,R99,R4,R5,R6,R7,Gb,Iu-PS,Iu-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R4,HLR,HLR DB,BSS,BSS,MAP,其他PLMN,Inte
4、rnet,SGSN,MAP,MAP,MAP,RNS,MGW,MSC Server,MGW,GMSC Server,CS Domain,PS Domain,GGSN,IP,2G,2.5G,R99,R4,R5,R6,R7,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-PS,Iu-CS,GTP,移动网络的发展,移动网络演进R5,HSS,HSS DB,BSS,BSS,MAP,其他PLMN,Internet,GGSN,SGSN,MAP,MAP,MAP,IP,RNS,MGW,MSC Server,MGW,GMSC Server,IMS Domain,P
5、-CSCF,S-CSCF,CS Domain,PS Domain,IM-MGW,MGCF,MRFP,MRFC,2G,2.5G,R99,R4,R5,R6,R7,SLF,全IP的Iu接口，同时继承ATM传输 引入IP多媒体域,Iu-PS,Iu-CS,GTP,移动网络的发展,移动网络演进R6,HSS,HSS DB,BSS,BSS,MAP,其他PLMN,Internet,GGSN,SGSN,MAP,MAP,MAP,IP,RNS,MGW,MSC Server,MGW,GMSC Server,IMS Domain,P-CSCF,S-CSCF,CS Domain,PS Domain,IM-MGW,MGCF,
6、MRFP,MRFC,2G,2.5G,R99,R4,R5,R6,R7,SLF,PDG,I-WLAN,WLAN接入网,Iu-PS,Iu-CS,GTP,移动网络的发展,SAELTE: 3GPP系统的长期演进，以满足长期电信网络的发展需要。LTE(Long term evolution) 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 architecure evolution) 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
7、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R7,2G,2.5G,R99,R4,R5,R6,R7,移动网络的发展,3GPP标准的发展（IMS）,R99,R4,R5,R6,R7,UMTS技术的发端。,采纳软交换技术改造MS
8、C控制器，将控制与承载分离，引入MSC Server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
9、业务的网络平台。,标准组织在IMS上的协作,Mobile,IP,Residential,Wireline Access to IMS,Multimedia Telephony,Cellular Access to IMS,WLAN Access to IMS,Multimedia Telephony,Multimedia Telephony,IMS与UMTS/SS的关系,MSC Server,Control Layer,MGW,Access Layer,GGSN,SGSN,Service Layer,MGCF,IM-MGW,P/I/S-CSCF BGCF,MRFC,MRFP,IAD,AG,MS
10、P,NB-SS,BB-SS,Bearer Layer,IN-SCP,Parlay/OSA,IN-SCP,Parlay/OSA,SIP AS,IN-SCP,Parlay/OSA,SIP AS,IP-CAN,HLR,HSS (SLF),UMTS,SS,IMS,IMS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、XML RTP、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User Profile协议 归属控制 S-CSCF为用户业务
11、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、AKA QoS能力 SBLP方式、资源预留方式,TISPAN的NGN研究,TISPAN（Telecommunications and Internet Protocol Harmonization Over Networks）是ETSI下属的一个TC
12、，成立于2003年9月，专门对NGN进行研究和标准化工作。 TISPAN NGN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IMS Release6的相关规范，但要求支持更多的接入方式，包括xDSL、WLAN、LAN、MAN等。 TISPAN NGN的核心网包含的范围很广，它涵盖了多种子系统，ETSI在3GPP IMS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。,TISPAN R1，提供游牧和用户控制的漫游，提供接入网络附着子系
13、统，接入方式重点考虑xDSL。,TISPAN R2，根据用户签约配置和业务需求，优化资源的使用。,TISPAN R3，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)。,2005,2007,2009,2003,TISPAN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。,NASS,NASS,RACS,TISPAN R1与3GPP R6对照,Network Attachment 3GPP: GPRS entities + HLR (PS part) TISPAN: NASS entities Resource Control 3GPP: PD
14、F and GGSN TISPAN: RACS entities + RCEF and BGF entities MM Session Control 3GPP: IMS (R6) TISPAN (R1) IMS (R6),TISPAN对3GPP IMS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,SIP,Operator 1,MRF-C,MGCF,Cx,Sc,Gr,Mm,Mn,Gc,Mg,BGCF,Mi,Go,Gm,SLF,MRF-P,Mp,ISC,SIP,D
15、iameter,H248,SIP,H248,COPS,SIP,Diameter,MAP,SIP,Mj,ISUP,SGW,Mr,CSCF,Mw,BGCF,Mk,Operator 2,SIP,Dx,SIP,Sh,MAP,MGW,SGW,SIP,SIP,CAP,OSA,Si,IM-SSF,OSA-SCS,Diameter,CAP,CSCF,PDF,PS Domain,GGSN,SGSN,Gn,TCP/IP/UDP/RTP/,UE,UTRAN,MT,TE,Uu,Iu,R,GERAN,Diameter,Gq,IMS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3G
16、PP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Offlin
17、e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-GGSN,GGSN: 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-CSCF,Proxy (P)-CSCF: 代理CSCF UE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
18、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-BGCF,BGCF: 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
19、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/MGW,MGCF: 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.248 IMS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MSC Server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、
20、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/MRFP,MRFC: 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-SCS,IMS-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：CAMEL 4 IMS-CA
21、P 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OAS API的转换 计费：Offline计费、Online计费,IMS 网络实体-HSS/SLF,HSS: 归属签约用户服务器 存储IMS用户的签约数据、Service Profile、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SIP URI定位HSS 需要访问HSS的实体均
22、需调用 单一HSS环境不需要：Server Farm方式,IMS域关系图,P-CSCF,MGCF/BGCF,GMSC Server,MSC Server,MGW,MGW,GGSN,SGSN,I/S-CSCF,IM-MGW,RNC,Core Network,PS域,CS域,HSS,MRFC,MRFP,Radio Access Network,Iu-CS,Iu-PS,IMS域,To PSTN,SIP AS,IMS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
23、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,Service Broker (SCIM),IMS网络参考图,IM-MGW,I-CSCF (Register Routing S-CSCF assignment & THIG),MRFC,MRFP,P-CSCF,Presence Server,UE,IP-CAN,UMTS-PS,S-CSCF,WiMAX,WLAN,Other BB Access,PDF,Managed IP Ba
24、ckbone Network with QoS fulfillment,AAA or HLR,HSS/SLF,Location Server,Group MGMT Server,BRAS,GGSN,MSAG,MIM Server,MGCF,BGCF,IBC/IWF,IN-SCP,Parlay/OSA,SIP AS,User profiles,IBG,I-CSCF (Call Routing S-CSCF assignment & THIG),IM-SSF,Service Enablers,Call Control,Shared Media Resources,Applications and
25、Services,I | SBC,N | SBC,A | SBC,Direct or In-direct Interaction,IMS用户编号方案,IMS Subscription,Private User Identity 1 (For Mobile terminals),Private User Identity 2 (For Fixed terminals),Public User Identity 1 (SIP URI format),Public User Identity 2 (Tel E.164 format),Public User Identity 3 (SIP URI f
26、ormat),Public User Identity 4 (Tel E.164 format),Public User Identity 5 (SIP URI format),Public User Identity 6 (Tel E.164 format),Implicitly Registered ID set 1,Implicitly Registered ID set 2,Implicitly Registered ID set 3,Service Profile 1 (Enhanced Services),Service Profile 2 (Legacy Services),Service Profile 3 (Converged Services),Service Profile 5 (Legacy Services),Service Profile 4 (Enhanced Services),
