IMS初级培训总结-WSS.doc

IMS培训总结-2011-08-08至2011-8-16此次培训主要学习内容有： IMS技术概况、IMS几个基本信令流程、SIP协议简介、部分网元华为硬件结构与配置，最后介绍了广东移动IMS现网结构。IMS技术概况一、 IMS网络架构及网元功能简介IMS网络架构从下到上主要分为承载控制与接入层、会话控制层、业务能力层和应用层。应用层：复杂、融合类应用。可能会用到简单业务的Server作为它的组件。例如1个视频会议会用到简单业务中的Group查看有哪些成员，Presence查看成员的状态，IM进行信息通知等。业务能力层：实现业务网关与简单业务AS（application server，又名service enabler）功能。会话控制层：是整个IMS系统的核心。完成用户的注册与会话路由、承载数据库功能、负责具体业务的触发、完成与传统网络的互通适配工作、进行多媒体资源的分配工作等。承载控制与接入层：完成将IMS用户与传统用户（PSTN、PLMN用户），以无线或有线的方式（GPRS/UMTS/CDMA/WIFI/Xdsl/LAN等）接入IMS核心侧。整个信令流程完成于会话控制层，自然其核心侧的网元也集中于该层。如图1所示，三个CSCF（Call Session Control Function）完成呼叫会话控制功能；MGCF（Media Gateway Control Function）主要实现IMS核心控制面与PSTN/PLMN的交互，具体控制IM-MGW媒体网关实现媒体的IP承载与TDM承载的时实转换，控制SG信令网关实现信令消息的IP承载与TDM承载的时实转换；HSS（Home Subscriber Server）存储归属网络中保存用户的签约信息；MRF（Multimedia Resource Function）媒体资源功能，包括MRFC（Multimedia Resource Function Controller）和MRFP(Multimedia Resource Function Processor)，在MRFC的控制下，MRFP为终端提供媒体资源（提示音等的播放和编解码的转换），同时MRFC也完成了H.248与SIP协议之间的转换。此外，在现网实施中，还增加了SLF和SBC网元。SLF用于控制S-CSCF和I-CSCF选择HSS，SBC用于用户注册时完成P-CSCF发现流程。图1 IMS网络架构二、 IMS网元间接口与协议IMS核心侧涉及协议有：负责呼叫、路由、注册与业务触发等的SIP协议，如图1中的绿色连接线；与签权、计费相关的Diameter(AAA)协议，如图1中的红色连接线；与媒体控制相关的H.248协议，如图1中的黑色连接线。三、 IMS地址与标识1、 IMS用户标识IMS中的用户标识有两个：1个为IMPI，1个为IMPU。其中，IMPI（私有用户身份）与终端绑定，用户不知道该号码，如：+807503332208。该号码供用户接入IMS网络的注册、签权、认证和计费。IMPU（公共用户身份）用户请示与其他用户通信时用的身份，如：sip:+807503332208或tel: +807503332208。一个终端可以有多个IMPU，也就是一个IMPI可以对应多个IMPU。2、 网元地址和标识网元的标识用主机名域名的形式，并与其IP地址绑定于DNS服务器中。3、 业务标识IMS系统中用PSI（公共服务标识）标识各种业务，该标识的结构同用户标识。当一个用户拨打的号码为PSI时，表明该客户将参加或组织该业务。IMS结合现网的基本信令流程一、 注册流程UE用户的基本注册流程是1、 UE中静态设置了统一的SBC域名与其绑定。当UE申请注册时，先会去DNS服务器，根据SBC域名查询对应拜访域最近的SBC IP地址。进而访问SBC，并将Register1消息送至SBC。2、 SBC中静态绑定了P-CSCF的IP地址，该IP地址为公网IP地址（用户无法知道），此时成功将私网地址转换成了公网地址。SBC将Register 1传送至P-CSCF。3、 P-CSCF根据Register1消息中的用户域名查询DNS服务器，查看其归属域的I-CSCF的IP地址。4、 P-CSCF将Register 1消息传送至上步查询的I-CSCF，I-CSCF收到该消息后向HSS发出UAR消息（用户鉴权请求），HSS返回UAA消息（用户鉴权响应），通过UAA下载到了HSS中所有该用户的信息（IMS用户标识（包括公共及私有标识）、号码和地址信息、用户网络接入认证的密钥信息、能力集、IMS用户的业务签约信息），通过能力集可以完成S-CSCF的选择（通过HSS中存储的用户能力集选择主备用S-CSCF，例如主用S-CSCF定义的能力集为1，2，备用S-CSCF定义的能力集为1，如果用户在HSS中定义的能力集为1，2，则UAA消息中将返回主用S-CSCF的IP地址）。5、 S-CSCF收到Register 1消息后，检查是否有该用户已经注册，没有则向HSS发出MAR（多媒体鉴权请求），HSS返回MAA（多媒体鉴权响应）。对于IMS AKA签权MAA中带有 XRes, Auth, Radom, IK,CK五个参数。S-CSCF保留XRes参数。随后，S-CSCF返回401消息至UE，该消息中带有Auth, Radom, IK,CK四个参数。下发至P-CSCF时，P-CSCF将保留IK，CK参数，将消息中的Auth, Radom继续下发。UE校验Auth，此时是为了证明该认证数据是从归属网中发来的。通过对网络的验证后，IMS-SIM卡将利用Radom来计算出CK、IK和响应XRes。6、 在鉴权响应消息Register2中将返回XRes。当Register2上传至I-CSCF时，再由I-CSCF激发一次UAR和UAA的会话，选择S-CSCF。S-CSCF收到鉴权响应消息之后，比较此鉴权响应消息中的XRes与保留在S-CDCF中的XRes，确定鉴权是否成功：成功，则继续后面的正常流程；不成功，则会发起异常处理流程，释放网络侧与此终端间的连接，并释放被占用的网络资源、无线资源。在成功的鉴权之后，终端将会把CK（加密密钥）与IK（一致性检查密钥）存放到IMS-SIM卡中。7、 S-CSCF向HSS发送SAR（服务器分配请求），HSS回送SAA消息（服务器分配响应），下载UE业务签约数据。HSS中记录了每个UE的业务触发条件iFC和对应业务服务器的地址（在每个AS中存储了触发其自身的条件iFC,当UE签约数据中的iFC与某个AS匹配时，则表示可触发该AS。）8、 S-CSCF下载成功UE的业务签约数据后，开始下发200OK消息至UE，以表现注册成功。9、 S-CSCF根据下载的iFC集，触发各iFC对应的AS服务器路由，也就是进行第三方注册。总结：1、 注册过程中各网元的功能：l P-CSCF：检验IMPI、IMPU和归属域；根据UE域名查询DNS获取归属域I-CSCF的IP地址并转发相关注册信息；l I-CSCF：查询HSS，进行S-CSCF的选择；向S-CSCF转发注册请求；l S-CSCF：从HSS下载鉴权数据，对终端进行鉴权；鉴权成功后从HSS下载用户签约数据；触发S-CSCF到AS的路由；l HSS：与I-CSCF交互确定S-CSCF；下发鉴权数据和用户签约数据，记录用户注册状态。2、 注册前后各网元中保存的信息网元注册前注册中注册后P-CSCFDNS地址I-CSCF地址，UE IP地址，IMPI，IMPUS-CSCF地址，UEIP地址，IMPI，IMPUI-CSCF（无内存网元）HSS地址S-CSCF地址（临时）无S-CSCFHSS地址HSS地址用户数据P-CSCF地址P-CSCF IDUE IP地址，IMPI，IMPUHSS地址用户数据P-CSCF地址P-CSCF IDUE IP地址，IMPI，IMPUHSS用户数据P-CSCF IDS-CSCF ID二、 会话流程学习了三个典型的会话流程：IMS用户之间的呼叫、IMS用户呼叫PSTN用户、PSTN用户呼叫IMS用户。IMS用户之间的呼叫：Invite 5183183183183mediaS-CSCF-AHSS-AP-CSCF-AI-CSCF-AI-CSCF-BHSS-BS-CSCF-BP-CSCF-BInvite 1Invite 2Invite 9Invite 10AS-AAS-B183主叫侧被叫侧Invite 3Invite 7Invite 4Invite 8Invite 6DNS/ENUM用户注册时形成的record-route头域是后续消息传送的路径，呼叫相关消息将通过record-route记录的路径进行传送。现网中在P-CSCF与UE之间还有SBC。IMS用户呼叫PSTN用户IMS 主叫InviteInviteInviteMedia controlS-CSCF-AHSS-AP-CSCF-AUMGI-CSCF-ABGCFMGCFPSTNPSTN 被叫IAMInviteENUMQuery TelFail主叫S-CSCF将被叫号码送至ENUM进行分析，如无该号码将回传FAIL消息，INVITE消息将传送至BGCF（Breakout Gateway Control Function，出口网关控制功能)。由UMG媒体网关实现媒体承载的转换，MGCF实现信令承载的转换。PSTN用户呼叫IMS用户InviteI-CSCF-AHSS-AP-CSCF-AUMGS-CSCF-AMGCFPSTNPSTN 主叫IAMInviteInviteInviteIMS 被叫I-CSCF又作为IMS域的第一个入口点。SIP协议简介SIP协议是IMS中的基本协议。见图1中绿色链路部分。SIP协议承载在IP网，网络层协议为IP，传输层协议中用TCP或UDP，推荐首选UDP。SIP消息分为请求消息和响应消息两类。一、 请求消息SIP请求消息由起始行、消息头和消息体组成。起始行：表明何地应用哪种SIP版本发起何种请求。如：某消息头为“INVITE sip:6650000210 SIP/2.0” “INVITE”表示该消息为发起会话请求 “sip:6650000210”表示该请示由哪里发出 “SIP/2.0”表示SIP版本号为2.0消息头（主要头域）：From：请求发请者IDTo：呼叫时则为被叫IDCSeq：命令序号，在一个Call-ID中标识一个事务（事务是指客户端发送到服务器的请求以及服务器送至客户端的所有响应）Call-ID：标识一次对话（两个UE之间为建立、更改和释放媒体会话所需要建立的信令关系，对话起始于INVITE请求，并终止于BYE请求的200（OK）响应，INVITE是唯一可以创建一个对话的命令）Via：用于保存请求历经的路径，防止消息传送产生环路，并确保响应和请求消息选择同样的路径，即，对于响应消息使用的路由头域是via。具体实现形式是发起请求的用户必须将其自身的主机名或网络地址插入请求的Via消息头。在请求前传过程中，每个网元必须奖自身地址作为一个新的Via消息头加在已有的Via消息头之前。Via后面的branch用来标识一个事务。Record-Route：在invite消息中形成,除了I-CSCF,其他网元都会将自己的ID添加进去，为后续与呼叫相关的请求消息的提供路径信息。不用再重复进行P-CSCF和S-CSCF的询址。并跳过了I-CSCF。Route: 在invite请求过程中形成的record-route会变成其它呼叫请求消息里面的route头域。以进行消息的路由。三、 响应消息SIP响应消息为数字代码，开头为从1到6的自然数。不同开头表示不同的意义。部分网元华为硬件结构与配置华为IMS硬件系统采用其自主设计的OSTA（开放式标准电信架构平台）架构。其功能逻辑模块图如下：如上图所示，IMS硬件系统中主要分为负责板间信息交互的交换子系统，管理硬件的设备管理子系统（SMU），处理具体业务的处理器子系统和负责各板环境、风扇告警的机电子系统。通过三种数据总线实现信息的交互，它们是：与SMU连接，负责上报硬件机电状态的IPMB；负责处理器板与SWU相连，实现各单板间业务消息交互的FABRIC数据总线；负责系统管理与控制的BASE数据总线，提供软件加载通道，传输告警与维护信息。一个典型的硬件配置为：硬件视图后视板供电模块供电模块USI1USI1USI1USI1USI1USI1SWI0SWI0USI1USI0USI1USI1槽位号012345678910111213前视板UPB2UPB0UPB2UPB0UPB2UPB0SWU0SWU0UPB2MPF1UPB0UPB2SMMSMMUPBA：Universal Process Blade 。A为2时表示该板内带有硬盘，为0时表示该板内无硬盘。SWU：安装于6，7槽。负责板间信息交互。通过背板SWI板与其它单板连接。SMM：安装于机框正面最底部，左右两块互为备份。管理机框中的硬件设备。USI：为处理板UPBA提供对外的各种不同接口。MPFA：多媒资源处理器MRFP的处理器板，A为1表示单条内存容量为4G，为0时表示单条内存容易为2G。定义好硬件配置后，可为各硬件定义网元和功能信息：对应软件视图（为每块板配置了网元功能信息）后视板供电模块供电模块槽位号012345678910111213前视板MNAENCSISUMNAENCSISUMNAHUATMIBSWUSWUMNAHUMPMRPUGBCUENSRVSMUSMU0槽位：MNAEN配置网管软件、业务发放网关SPG、计费系统。1槽位：CSISU配置CSCF网元2槽位：MNAEN配置混合网元3槽位：CSISU配置CSCF网元4槽位：MNAHU配置HSS网元5槽位：ATMIB配置ATS实现业务的发放8槽位：MNAHU配置HSS网元作为4槽位的备用9槽位：MPMRP配置MRFP10槽位：UGBCU配置UGC11槽位：ENSRV配置ENUM一、 MNAEN安装于0槽位和2槽位，作为主备用。在该板中安装有管理和维护整个系统的OMU软件，可完成C配置，F告警，P性能，S安全，T跟踪等功能。安装有负责业务下发的SGP。二、CSISU中国移动配置过程中，将P-CSCF、MRFC与其它CSCF分开，共用三组CSISU板。P-CSCF独立将有利于漫游应用。广东移动IMS现网结构课程重点介绍了广东省IMS一期组网方案和现网的注册与呼叫流程。一、IMS一期组网逻辑方案广东省IMS一期将整个省分为粤西和粤东两个片区。两个片区成对称结构。以粤西为例总结逻辑组网结构。从接入网到核心网的顺序进行总结。SBC：每个地市2个SBC，互为备份，其容灾方式由DNS来实现。P-CSCF：每个片区2个，互为备份，在SBC中静态配置。I-CSCF：在全省有一个I-CSCF池，池中有四个I-CSCF，其中两个作为粤西主用时（负荷分担），另外两个则为粤东主用，粤西备用。本地用户时，P-CSCF将在内置的DNS中返回I-CSCF池中的所有IP地址。做被叫和漫游用户时，P-CSCF将在外置的DNS中返回I-CSCF池中的所有IP地址。根据各I-CSCF的权重选择I-CSCF。HSS：两组主备用HSS。两组负荷分担不同的地市。S-CSCF：两个S-CSCF，通过HSS中用户的能力集实现S-CSCF的选择。MGCF：每个地市有两个MGCF进行负荷分担。每个MGCF下接一个MGW。漫游P-C