IMS技术原理及发展趋势.ppt

2013年4月,IMS技术原理及发展趋势,网络二室薛淼,内容提要,IMS基本原理,IMS概况,IMS概述IMS标准,IMS发展现状与趋势,1,什么是IMS,IMS：IPMultimediaSubsystem(3GPPTS23.002)TheIMsubsystemcomprisesallCNelementsforprovisionofIPmultimediaservicescomprisingaudio,video,text,chat,etc.andacombinationofthemdeliveredoverthePSdomain.TheentitiesrelatedtoIMSareCSCF,MGCF,MRF,etc.asdefinedinthestage2oftheIMsubsystemTS23.22834.SeeTS22.22827forsomeserviceexamplesofIMS.IP=基于IP的传输基于IP的会话控制基于IP的业务实现Multimedia=语音、视频、图片、文本等多种文字的组合在多种接入基础之上具有不同能力的终端组合Subsystem=依赖于现有网络技术和网络设备发展的系统最大程度重用现有网络系统无线网络把PS/GPRS网络作为承载网络固定网络把基于固定接入IP系统作为承载网络,2,IMS产生背景,业务/控制/承载集中网络结构：交换机信令协议：TUP/ISUP,控制与承载的分离带有明显电路交换特色：BICC/SIP-I、SIGTRAN,业务/控制/承载相分离；尽量采用IETF定义的SIP对鉴权、安全、QoS等方面的增强；,在NGN大的发展背景下，IMS是电信网络架构不断分离的结果,3,IMS主要特征,接入无关,归属地控制,业务提供能力,安全机制,统一策略控制,IMS主要特征,支持多种固定/移动接入方式的融合，支持无缝的移动性和业务连续性，为全业务运营提供了便利,呼叫控制和业务控制都由归属网络完成，保证业务提供的一致性，易于实现私有业务扩展，促进归属运营商积极提供吸引客户的服务，区别于软交换拜访地控制,打破竖井式业务部署模式，业务与控制完全分离，有利于灵活、快速的提供各种业务应用，更利于业务融合，实现开放的业务提供模式,多种安全接入机制共存，并逐渐向FullyIMS机制过渡部署安全域间信令保护机制部署网络拓扑隐藏机制,4,IMS业务,基本通讯类业务VoIP视频通话会议电话电信补充业务VPMN业务IPCentrex业务.,增强型通讯业务即时消息视频共享电子白板应用共享.,提升用户体验呈现业务群组管理动态号码簿一号通业务,多媒体业务多媒体彩铃多媒体彩像多媒体会议.,其他个性化业务统一用户自服务彩铃、彩像,5,IMS在网络中的位置,业务层,控制层-IMS,传送层,DSLAM,ATMBackbone,xDSL,BAS,BTS,BSC,MS,NodeB,RNC,SGSN,GGSN,IPNetwork,UE,2G,3GPS,xDSL,SGSN,GGSN,PDG,WLAN,MS,WLANAccessNetwork,IPNetwork,GGSN,Access,多种接入方式,BTS,eNodeB,MS,LTE,SGW,PGW,IPNetwork,6,7,IMS标准进展,IMS-国际主流标准组织对于下一代核心网控制架构的共同选择,3GPP在R5版本引入IMS网络架构，到R7版本基本能满足IMS初期商用部署的需求；从R8开始，TISPAN和3GPP2将各自IMS研究移交至3GPPcommonIMS项目；GSMARCS组织集中了70多运营商、设备商和终端厂商联合制定具有良好的互通性和一致性的IMS业务集合；CCSA已发布了统一IMS的功能体系架构、统一IMS组网总体技术要求等行业规范；公司目前已经发布了中国联通IMS技术体制、中国联通IMS系统设备技术规范等企业规范,内容提要,IMS基本原理,IMS概况,IMS实体、接口与协议IMS编号IMS业务模式IMS基本会话流程,IMS发展现状与趋势,8,IMS逻辑架构,UE,Application(SIP/OSAAS,CAMELSE),AS,SIPAS,OSA-SCS,IM-SSF,CSCF,P-CSCF,S-CSCF,I-CSCF,MGCF,SGW,BGCF,SLF,MRFC,MRFP,IM-MGW,PDF/PCRF/RACS,SGSN,RAN,承载层,控制层,固网接入,UE,Wimax/WiFi,UE,BAS,WAG/AGW,CSNetworks(PSTN/SS,PLMN),业务层,ISC,AGCF,AG,POTS,PSS/PESAS,PDSN,RAN,UE,NASS,SBC,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,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，包括CDMAPS域、WCDMAPS域、WIMAX、WIFI、固定宽带接入等,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、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,9,IMS逻辑实体分类,IMS网元功能的逻辑架构，可根据实际部署需要，进行合设,10,IMS逻辑网元功能,CSCF(CallSessionControlFunction)是IMS系统的呼叫控制核心，它的主要作用是在IP传输平台上实现多个实时业务的分发，具有中心路由引擎、策略管理和策略执行功能P-CSCF（Proxy-CSCF）的功能IMS终端接入IMS的入口点产生CDR话单，用户漫游/接入计费需求提供Gm接口上的SIP压缩和完整性保护将终端请求路由到正确的I-CSCF或者S-CSCFI-CSCF（Interrogating-CSCF）的功能在IMS终端注册时，为用户分配提供服务的S-CSCF为来话选择被叫注册的S-CSCFS-CSCF（Serving-CSCF）的功能IMS用户注册认证业务触发和控制会话路由,S-CSCF,P-CSCF,S-CSCF,S-CSCF,I-CSCF,11,IMS逻辑网元功能,HSS(HomeSubscriberServer)的功能（类似于HLR）记录每个IMS用户的用户信息和业务数据：用户数据：用户标识：码号（IMPIIMPU）、隐式注册组、别名组；鉴权数据：用于认证和授权；路由数据：支持用户注册、记录不同系统间的位置信息；授权数据：漫游权限、锁闭标识签约数据：业务触发规则和业务触发逻辑，采用XML语言描述(iFC)业务数据SLF(SubscriiptionLocatorFunction)功能在域内存在多个HSS时，用于选择用户数据存储的HSS,12,IMS逻辑网元功能,MRFC:(MultimediaResourceFunctionControl)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MRFP:(MultimediaResourceFunctionProcessor)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、通知音、会议桥等资源,AccessNetwork,UserEquipment(UE),IMSApp,IMSApp,IMSApp,MRFC,MRFP,S-CSCF,MRFP,MRFP,13,IMS逻辑网元功能,BGCF:(BreakoutGatewayControlFunction)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，则交给另一个网络接口的BGCF需要维护或访问网络接口拓扑信息、出口策略数据库MGCF:(MediaGatewayControlFunction)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.248IMS侧：与I/S-CSCF互通PSTN/CS侧：SIP到BICC/ISUP协议转换IM-MGW:(IMSMediaGateway)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、通知音、DTMF、会议桥等资源,SG,MGCF,TDMPBX,PLMN|PSTN,MediaGateway,SS7,MGC,BGCF,S-CSCF,I-CSCF,SIP,H.248,14,IMS逻辑网元功能,IMS业务触发在S-CSCF实现业务触发通过iFC机制实现动态业务触发，按照优先级顺次触发AS完成业务逻辑后将请求返回给S-CSCF以进行后续触发,15,iFC(InitialFilterCriteria)，定义了S-CSCF上的业务配置和触发规则，即：定义一些触发条件（TriggerPointer），当发送来的SIP消息满足这些条件的时候，通过匹配iFC，就可以把这些SIP消息，转发至正确的AS上,IMS逻辑网元功能,SBC:SessionBorderControl位于IMS核心网络边缘，作为IMS核心网的信令代理和媒体代理，主要目的是隔离接入网和IMS核心网，实现公私网穿越、NAT穿越、防火墙穿越、QOS控制、网络安全等功能DNS、ENUMServer：DNS(DomainNameSystem)：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DNSServer，也可直接在网内新建DNS服务器ENUM(E.164NumberURIMapping)服务器负责电话号码到URL的转换策略和计费控制策略控制、基于流的计费和关于业务数据流的事件报告策略和计费规则功能PCRF、策略和计费执行功能PCEF、应用功能AF、用户签约数据库SPR、在线计费系统OCS和离线计费系统OFCS。,16,IMS接口协议,SIP在IETF定义（RFC3261），3GPP做了些增强用于大部分IMS接口，文本编码，遵循应用层三次握手原则（INVITE/200OK/ACK）功能：完成呼叫的路由和接续方法：INVITENOTIFYBYESUBSCRIBEUPDATEREFER等Diameter用于HSS对外的接口和策略控制接口，完成用户数据的查询及同步等操作，包括：CxDx(HSS-CSCF),Sh(HSS-AS)，Dh（AS-SLF）等实现QoS和计费策略的交互和执行，包括：Gq（P-CSCF-PDF）、Rf接口RTPRTCP媒体面信令，传输各类媒体流,17,IMS接口示意图,18,参考点与协议,IMS网络中使用SIP协议的参考点,19,IMS接口协议,IMS网络中使用Diameter协议的参考点,20,IMS接口协议,IMS网络中使用COPS协议的参考点,IMS网络中使用H.248协议的参考点,21,IMS编号,1,3,4,2,用户编号,公共业务编号,组编号,网络节点编号,显示PSI:Sip:Chatlist1Sip:ConferenceJSSip:Gamingnanjing.JS通配PSI:Sip:chatlist!.*!,主机域名方式:sip:Mgcf2.taiyuan.SX网络地址方式:sip:Mgcf2信令点码:004-255-057,PVI标识:46002912345678902.460.IMSI.3PUI标识:Tel:+8615912345678Sip:li.mingJS,特殊PSI:Sip:chatgroup1JS,22,IMS用户码号,私有用户身份(IMPI)：由归属网络运营商定义的IMS网络用户的身份标识，具有全球唯一性。,张三的公共用户身份,公共用户身份(IMPU)：用于请求与其他用户通信时用的身份，可以被公布。,ISIM中至少要存储一个IMPUUE无法修改IMPU使用IMPU发起会话或做为会话终结者之前，IMPU首先应被注册。,23,IMPU与IMPI的关系,24,IMS网元编码,接入控制模块:sip:pcscf(1.n).归属省名,会话控制模块:sip:scscf(1.n).归属省名,用户接入模块:sip:sbc(1.n).地市区号.归属省名,网元码号采用域名方式网元码号以”sip:”开头，包括设备功能及归属省信息对于SBC，网元码号还需要包括地市信息，用于漫游状态判断及紧急呼叫,网元码号用于IMS域内的SIP信令路由，在路由过程中各网元可将自身域名信息填入SIP消息头相关路由头域。,25,公有业务标识PSI,PSI用来表示由AS提供的业务，唯一的标识了一个业务，如由AS发起的业务采用PSI标识PSI无需注册，可静态配置或者终端与AS动态协商生成可通过EMUMDNS查询，路由至该PSI所在的ASPSI可以是SIPURI或者TELURI，例如：Conference用于标识北京IMS域内一个多媒体会议系统，用户通过发起对此SIPURI的请求，即可接入该会议系统，进行多媒体会议PSI与PSI也可以互通，比如用于两个会议系统的对接等,26,IMS路由机制-ENUMDNS,TEL:+86-10-68799999;ENUM:...e164arpa;DNSSIPURI:zhang,ENUM提供了将E.164号码转化为域名形式存在DNS数据库中的方法IMS网络，采用InternetIPDNS寻址路由方式，与交换网GT翻译寻址方式不同，IMS网络中没有信令点（SP）的概念IMS中SIP信令路由基于SIPURI，E.164TELURI无法在IMS域路由ENUM/DNS供CSCF查询，转换TELURI为SIPURI，用于路由IMS强制使用松散路由机制，提高路由灵活性,27,IMS业务提供方式,ISCIMSServiceControlSCIMServiceCapabilityInteractionManagerOSAOpenServiceArchitectureSCSServiceCapabilityServerIM-SSFIPMultimediaServiceSwitchingFunction,IMS定义了标准的基于SIP的ISC接口，实现了业务层与控制层的完全分离IMS支持三种业务提供方式SIPAS方式OSASCS方式IM-SSF方式,归属网络负责业务控制的模式提供一致的用户通信体验,28,IMS业务触发机制,iFC触发机制实现呼叫控制和业务逻辑的分离,S-CSCF根据iFC（初始过滤规则）进行业务触发；S-CSCF的处理模型与业务无关，可实现S-CSCF组件被多种业务的共享和重用；S-CSCF根据终端请求根据业务触发点，分析并触发到规则指定的应用服务器，由应用服务器完成业务逻辑处理；S-CSCF只进行业务触发，不再处理业务逻辑。,29,IMS业务触发方案,30,IMS入口点发现,P-CSCF入口点发现方式：在PDP上下文激活过程中，将P-CSCF的IP地址返回给UE在IP连接建立之后，UE通过DHCP获取P-CSCF的域名和能够解析该域名的DNS服务器给UE配置P-CSCF的完全授权域名或P-CSCF的地址,GPRSPDP上下文方式,DHCP+DNS方式,31,IMS注册过程,P-CSCF,HSS,DNSENUM,I-CSCF,S-CSCF,VisitedorHomeNetwork,HomeNetwork,SIP,Cx,SIP,AS,AS,AS,Cx,Sh,ISC,BackbonePacketNetwork,Access,32,IMS用户初始注册鉴权,方案描述：五元组(XRES,RAND,AUTN,IK,CK)双向认证方式。S-CSCF和P-CSCF分别保留XRES，IKCK，UE接收（RAND,AUTN），依据参数对网络认证，并反馈鉴权响应与S-CSCF所存XRES比对，完成注册应用场景：需终端有ISIM卡,IMSAKA,方案描述：采用Username和Password的简单认证形式应用场景：只认证用户，不认证网络，试点阶段采用此方式,HTTPDigest,33,隐式注册,IMS允许一个用户存在多个公有标识（IMPU）时，一个IMPU注册成功，相关的IMPU均注册成功，关联IMPU作为隐式注册集如：用户同时有SIPURI:zhangsan和TELURI:+8613911011345,34,同一IMS域内基本会话流程,CallingandCalledPartyHomeNetwork,HSS,I-CSCF,DNS,Access,Access,P-CSCF,BackbonePacketNetwork,S-CSCF,Control,Bearer,SIP,SIP,Diameter,AS,35,不同IMS域之间的会话流程（漫游）,CalledPartyVisitedNetwork,CalledPartyHomeNetwork,CallingPartyHomeNetwork,CallingPartyVisitedNetwork,P-CSCF,HSS,S-CSCF,SIP,SIP,Diameter,P-CSCF,HSS,S-CSCF,SIP,SIP,Diameter,I-CSCF,Diameter,DNS,BackbonePacketNetwork,Access,BackbonePacketNetwork,Access,36,IMS到CS的互通流程,CallingPartyVisitedorHomeNetwork,CallingPartyHomeNetwork,P-CSCF,HSS,S-CSCF,BGCF,MGCF,MGW,CS,H.248,SIP,SIP,SIP,SIP,BICC,Diameter,BackbonePacketNetwork,Access,37,CS到IMS的互通流程,38,CalledPartyHomeNetwork,CalledPartyVisitedorHomeNetwork,P-CSCF,HSS,S-CSCF,I-CSCF,MGCF,MGW,CS,H.248,SIP,SIP,SIP,SIP,BICC,Diameter,BackbonePacketNetwork,Access,内容提要,IMS基本原理,IMS概况,IMS发展现状与趋势,39,业内对IMS的认识,IMS经历了三个阶段：2005之前，概念期IMS标准基本完善，新业务架构在业内被认可，设备商开始生产；2006-2008，膨胀期标准趋于统一，逐步成熟，运营商开始规模商用，重点定位于移动多媒体应用和企业ICT应用。2009至今，冷静期推进缓慢，商用效果不佳，运营商开始重新考虑IMS的定位，引入RCS和PSTN网改是目前的重点应用。,受IMS迅速发展的影响，软交换发展放缓，其今后的增量将由IMS替代。,图：按时间段的Google搜索“IMS”与“softswitch”结果,40,IMS全球商用部署情况,全球各大运营商IMS商用模式,1、IMS现阶段以PSTN网改为主，提供VoIP业务及FMC业务2、固定移动融合是IMS发展目标,41,42,中国联通IMS相关试验,2006-2007年中国联通IMS技术试验2007年IMS企业规范v1.02008年IMS企业规范v2.02009-2010年中国联通IMS内场试验2010-中国联通IMS外场试验GSMARCSIOT测试,IMS发展策略,43,总体策略：统一规划IMS网络部署，逐渐实现现有网络向基于IMS的下一代核心网络发展，规划期内在网络升级改造和业务需求迫切的省分引入IMS技术，稳步推进IMS网络建设。,第一阶段：依据市场需求,以固网为切入点,结合TDM端局退网和光进铜退,统一规划,选取有代表性的省分公司进行IMS试商用部署，逐步实现T