IMS基础知识和架构

2020/5/24,上海电信IMS试点IMS基础知识和架构,目录,IMS引入背景,IMS原理介绍,IMS标准现状,中国电信IMS发展和演进,IMS基本呼叫流程,Page2,IMS基本概念,下一代网络的核心IMS(IPMultimediaSubsystem)是3GPP/3GPP2(移动）和TISPAN/ITU-T(固定)网络架构的核心IMS是个开放的网络架构，提供了基于IP承载的，与接入无关的IP多媒体业务控制能力支持多种固定及移动接入方式移动接入：2G3GLTEWiMAX等固定接入：LAN、WLAN、xDSL、xPON等接入支持IP多媒体业务会话型业务，如语音和视频会话、多媒体会议、消息、状态呈现、视频共享、动态地址簿等部分非会话型业务，如IPTV、Web与IMS融合业务等采用全IP的SIPDiameter协议,Page3,IMS在软交换的基础上进一步实现业务与控制的分离,从交换机到软交换是核心网，实现了控制与承载的分离,传统交换机,呼叫控制,基本话音及补充业务,媒体服务器,信令和媒体网关,软交换,呼叫控制,基本话音及补充业务,媒体服务器,信令和媒体网关,IMS是软交换的下一跳，进一步实现了业务与控制的分离,CSCF,呼叫控制,基本话音及补充业务,媒体服务器,信令和媒体网关,软交换,呼叫控制,基本话音及补充业务,媒体服务器,信令和媒体网关,多媒体业务服务器,IMS,Page4,IMS提供了全业务的接入能力和融合的业务提供能力,Page5,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部署安全域间信令保护机制部署网络拓扑隐藏机制,Page6,IMS与固网软交换比较分析,固网软交换与IMS都遵循了下一代网络基本思想，网络架构分层、功能分离在传统网络发展演进过程中，固网软交换和IMS均实现了控制与承载的分离，而IMS则进一步实现了控制与业务的分离，实现了固定移动的统一控制，IMS是传统网络演进的更高阶段,Page7,IMS与移动软交换比较分析,Page8,Page9,传统交换机软件,软交换,Media&SignallingGateway,进一步理解IMS,MediaServer,CallAdmission,BorderControl,MediaPath,TelephonyAS,MultimediaAS,CallControl,UserData,Page10,IMS,Media&SignallingMGCF/MGW/SGW,进一步理解IMS,MediaServerMRF,CallAdmissionP-CSCF,CallControlCSCF,BorderControlIBCF,MediaPathBGF,TelephonyASAS,DataHSS/UPS,MultimediaASAS,目录,IMS引入背景,IMS原理介绍,IMS标准现状,中国电信IMS发展和演进,IMS基本呼叫流程,Page11,3GPP对IMS架构的定义(TS23.228),Page12,CDMAVT3GPP2标准架构,3GPP2中定义CDMAVT业务完全基于分组承载，核心网采用IMS系统，是面向下一代网络更先进的解决方案信令流、语音流、视频流、数据流通过不同的RLP承载，保证了CDMA的QoS,Page13,目录,IMS引入背景,IMS原理介绍,IMS标准现状,中国电信IMS发展和演进,IMS基本呼叫流程,Page14,CSCF在IMS网络中的位置,承载核心网,AG,IAD,Internet/VoIP,XPON,H.248,xDSL/LAN接入,接入&互通层,MRFP,I_CSCF,AGCF,MGCF,MRFC,会话控制层,SIP/PotsTerminals,PDSN,1X/EVDORAN,SIPTerminals,SIP,PSTN/PLMN,SS,GWC,P-CSCF,SIP,承载控制层,RM,MediaX,IM,MRBT,HSS,业务能力层,OSA,Gaming,Meeting,第三方应用,CTD,IM_SSF,ATS,应用层,S_CSCF,DNS,SCP,IAD,CCF,Page15,IMS网络中的接口参考点,BGCF,BGCF,P-CSCF,I-CSCF,S-CSCF,MRFC,MRFP,HSS,SLF,OSA-SCS,IM-SSF,SIPAS,SCP,3rdpartyAS,PDSN(PEP),IM-MGW,MGCF,PDF,SIPTerminals,Mr,Mw,Mw,Mp,Mi,Mk,Mg,Mj,Mn,Ut,Gm,Gq,Go,Cx,Cx,Dx,ISC,ISC,ISC,Sh,Si,Sh,Dh,OtherIP/IMSnetwork,CS/PSTN,VT业务终端,EVDO,TrGW,IBCF,Mx,Mx,Mx,Mx,Ix,Page16,IMS中的接口协议,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(SLF-AS)等实现QoS和计费策略的交互和执行，包括：Gq（P-CSCF-PDF）接口、RF接口等COPS（commonopenpolicyservice)IETF开发的用于策略的总体管理，配置和实施，为策略服务器和和客户端之间交换策略信息而定义的简单的查询和响应协议包括：Go（PDF-PDSN，PDF-SBC）接口等H.248控制媒体网关采用H.248协议；包括：Mp、Mn、Ix等RTPRTCP媒体面信令，传输各类媒体流,Page17,CSCF功能会话控制和路由,CSCF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（ProxyCSCF）的功能IMS终端接入IMS的入口点产生CDR话单，用户漫游计费需求提供Gm接口上的SIP压缩和完整性保护将终端的请求路由到正确的I-CSCF或者S-CSCFI-CSCF（InterrogatingCSCF）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（ServingCSCF）的功能IMS用户注册认证业务触发和控制会话路由P/S/I-CSCF在物理实体上可以是合设也可以是分设的，在实际组网时，其划分和部署需综合考虑对IMS业务接入方式、CSCF的容量、能力及用户业务量需求等因素.,Page18,HSS:TheHomeSubscriberServer归属用户服务器HSS是归属网络中保存IMS用户的签约信息，包括基本标识、路由信息以及业务签约信息等集中综合数据库，HSS中保存的主要信息包括：IMS用户标识（包括公共及私有标识）、号码和地址信息IMS用户安全上下文：用户网络接入认证的密钥信息、漫游限制信息IMS用户的路由信息：HSS支持用户的注册，并且存储用户的位置信息IMS用户的业务签约信息：包括其他AS的增值业务数据,HSS功能存储用户信息和业务数据,Page19,数据库实体SLF,SLF：SubscriptionLocatorFunction签约数据定位功能当运营商拥有多个HSS时：ICSCF/S-CSCF在登记注册及事务建立过程中通过SLF获得用户签约数据所在的HSS的域名SLF通常内置在HSS中SLF可以看做是一种专对HLR的地址解析机制,Page20,MRS功能媒体资源管理,MRF：MultimediaResourceFunction媒体资源功能包含两部分：MRFC（MultimediaResourceFunctionController）解析来自其他S-CSCF及AS的SIP资源控制命令，并实现为对MRFP的媒体资源的控制MRFP（MultimediaResourceFunctionProcessor）在MRFC的控制下，为UE设备或IM-MGW提供媒体资源包括媒体流混合（多方会议）多媒体信息播放（放音、流媒体）媒体内容解析处理（码变换、语音识别等）,Page21,MGCF/BGCF互通功能,MGCF&IM-MGW的功能实现与CS域互通时信令与承载的转换BGCF的功能将用户的会话路由到正确的PLMNPSTN网络与本网用户互通，选择能路由至被叫网络的MGCF与其他运营商互通，选择与其他运营商的BGCF互通,Page22,IMS中的业务触发,iFC(InitialFilterCriteria)：是存储在HSS的用户签约数据中的一部分，在用户注册时下载到为用户分配的S-CSCF；iFC按照不同优先级定义了业务触发的条件和目的AS，S-CSCF在处理用户业务请求时进行iFC匹配检测，符合触发条件则向指定的AS触发，使得AS可以对该次业务按照AS内既定的业务逻辑进行控制；iFC中TriggerPoints定义了一系列S-CSCF收到后需要转发到特定应用服务器的SIP请求，实际上是定义了特定应用相关的业务触发点InitialFilterCriteria包括：ApplicationServerAddressASpriorityDefaultHandlingSubscribedMediaTriggerPointsOptionalServiceInformation,Page23,AS功能业务触发和执行,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AS完成业务逻辑后将请求返回给S-CSCF以进行后续触发,Page24,其他网元功能,DNS/ENUMDNS负责URL地址到IP地址的解析。ENUM(E.164NumberURIMapping)服务器负责电话号码到URL的转换。DHCPServer在标准DHCP(DynamicHostConfigurationProtocol)服务功能的基础上，增加在动态分配IP地址过程中向IMS终端指定P-CSCF的URL地址的处理。NAT/ALG设备对于企业IP私网内的SIP终端，进一步要求NAT(NetworkAddressTranslation)、防火墙设备具备ALG(ApplicationLevelGateway)功能，以对IMSSIP信令地址及SIP信令所包含的SDP地址信息进行解析，从而实现SIP控制面UDP/IP公私网地址及相应承载面RTP/IP公私网地址变换；PDF(PolicyDecisionFunction)&PEP(PolicyEnforcementpoint)：策略决策功能(PDF)：PDF根据应用层相关信息进行承载资源的授权决策，将其映射到IPQoS参数传递给PDSN或SBC中的策略执行点(PEP)，完成QoS资源的控制处理，为IMS业务提供QoS保证；,Page25,IMS中的路由DNS/ENUM,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，保证请求消息RequestURI在到达目的地途中头域不改变,Page26,DNS/ENUM组网,ENUM：位于IMS专网，用于E.164号码翻译，与DNS系统合设新建，采用2级架构，全国集中设置一级ENUM，各省内设置二级ENUMIMS专网上的DNS：用于IMS网络信令路由新建，采用2级架构，全国集中设置一级DNS，各省内设置二级DNS163上的DNS:用于SBC发现利旧163现网DNS各省设置省级DNS集中设置公网根DNS,Page27,IMS中的用户标识和设备标识,设备标识：统一使用域名作为设备标识()；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，可以是SIPURI或者TELURI；用户私有标识（PrivateUserID,IMPI）归属网络分配的全球唯一标识，用于管理、注册、鉴权；保存在ISIM卡中，用户不得修改，类似于IMSI；用户公有标识（PublicUserID,IMPU）用于和其他用户的通信，相当于“别名”，类似于MSISDN、MDN；采用的格式SIPURI，例如：“Sip:user1”TelURI，例如：“Tel:+8618901000100”两者的关系,Page28,域名规划策略,归属网域名：建议保持跟分省划分一致，如上海则使用形式。IMPU：每个用户同时分配一个TELURI与一个SIPURI。SIPURI由用户名加域名构成。域名部分：使用归属网域名。用户名部分：建议进行规划以适应未来的需要（如家电、宠物等）。TELURI建议跟现在的MSISDN、MDN一致，建议采用独立号段IMPI：域名部分：使用归属网域名。用户名建议为数字。网络节点的标识处理SIP路由的网络节点（如CSCF，MGCF，BGCF）需要使用SIPURI来标识。如：sip:scscf01,Page29,目录,IMS引入背景,IMS原理介绍,IMS标准现状,中国电信IMS发展和演进,IMS基本呼叫流程,Page30,P-CSCF发现过程,PDP/PPP上下文方式：针对移动应用，GGSN/PDSN在PDP/PPP上下文激活请求响应中携带P-CSCF地址给终端；DHCP+DNS方式：在终端上配置P-CSCF的统一域，由终端通过DNSSRV/A查询获得P-CSCF地址，此时需要DNS能够根据终端的DNS请求的源IP地址返回不同的P-CSCF；终端预置：在终端上配置固定的P-CSCF地址；,Page31,用户注册过程,P-CSCF,HSS,DNSENUM,I-CSCF,S-CSCF,VisitedorHomeNetwork,HomeNetwork,SIP,Cx,SIP,AS,AS,AS,Cx,Sh,ISC,BackbonePacketNetwork,Access,Page32,其他注册场景,重注册用户周期性的更新注册过程，以保持激活状态，类似“位置更新”，重注册时，只有一次Register，无需UE和网络双向认证重认证网络侧需要缩短Expire时间，通知UE重注册第三方注册S-CSCF匹配UE的iFC，为UE向可能触发服务的AS进行注册正常注销Expire=0，S-CSCF将向HSS发消息，HSS标记为未注册状态，并由S-CSCF向其他订阅此消息的用户发送消息。S-CSCF还可以在其作为被叫时，触发未注册业务网络侧注销当网元失效，用户漫游后原先网络未注销，以及防止过期用户等场景,Page33,基本会话流程(同一IMS域内),CallingandCalledPartyHomeNetwork,HSS,I-CSCF,DNS,Access,Access,P-CSCF,BackbonePacketNetwork,S-CSCF,Control,Bearer,SIP,SIP,Diameter,AS,Page34,基本会话流程(不同IMS域间),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,Page35,IMS到CS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,Page36,目录,IMS引入背景,IMS原理介绍,IMS标准现状,中国电信IMS发展和演进,IMS基本呼叫流程,Page37,中国电信全业务建设方案,C网软交换,PLMN,MGW,BSC,BTS,IP承载网,CHLR,AnchorAS,C网,现网叠加IMS，提供宽带接入、融合多媒体业务,Page38,IMS融合移