IMS网络架构及原理介绍

IMS网络架构及原理介绍CM-IMS系统架构及网元功能AS：业务平台CSCF:核心控制网元，完成用户注册鉴权、业务触发、会话路由、紧急呼叫MGCF/IM-MGW:互通设备，与软交换网络互通HSS：IMS用户数据管理SBC：CM-IMS网络接入点，提供NAT穿越、SIP信令防火墙、媒体控制功能ENUM/DNS：寻址设备，负责码号翻译和域名解析SIPGW/IAD/AG/IPPBX：CM-IMS接入设备，用于接入各类终端（传统话机、SIP话机、PC客户端等）CM-IMS核心网CSCFMGCFHSS接入设备SAE企业POTSSIPGWIPPBX

SIP电话/POTSAG/IADPOTSPC客户端POTSAS

软交换WLANTDMPBX终端SBCGMSSSCPMSSMGWCMNHLRSTP信令网ENUM/DNSIM-MGWGMGWCM-IMS系统架构及网元功能类比称呼CM-IMS网元软交换网元类比区别核心控制网元CSCFMSSCSCF为IMS最重要的核心控制网元，负责会话控制、业务触发和会话路由，与MSS区别在于：MSS含基本语音处理功能，CSCF不含语音业务处理逻辑媒体网关SBCMGW(SG)SBC承担SIP信令和媒体的汇聚，与MGW区别在于：SBC负责SIP信令处理、媒体控制、防火墙等功能，MGW不具备，MGW仅负责信令转换和媒体承载功能互通设备MGCF/IM-MGWGMSS/GMGW两类设备功能类似，均为网络互通设备，后期两网元将合设信令汇接无CMNIMS基于IP路由，决定了IMS网内路由可不依赖号段寻址，不需类似CMN的信令汇接用户数据管理设备HSSHLR同为用户数据库管理设备，区别在于：HLR仅存用户数据，HSS可存储固定+用户数据寻址设备ENUM/DNSSTPIMS基于DNS寻址，CS域基于GT或DPC+SSN寻址，需要进行STP信令转接业务平台ASSCPIMS业务功能由AS完成IMS采用顺次触发多个AS执行业务逻辑；SCP仅能进行单次触发接入设备业务层控制层传送层

IMS逻辑架构HSSDSLAMATMBackbonexDSLBASBTSBSCMSNodeBRNCSGSNGGSNIPNetworkUEEDGE3GPSxDSLATMSGSNGGSNFRPDGWLANMSWLANAccessNetworkIPNetworkGGSNAccess多种接入方式ASSIPASSIPASSIPIMSSSFCAMEL多种业务提供方式会话控制MRFP

CSCFI-CSCFS-CSCFP-CSCFMRFCBGCFPSTN/PLMN互通MGCFPSTN/PLMNIMSMGWCM-IMS逻辑组网图IMS网元逻辑实体分类

用户数据管理、认证鉴权HSSSLF会话控制和路由P-CSCFS-CSCFI-CSCFMRFCMRFP媒体资源（MRF）互通功能MGCFBGCFMGW业务控制ASIMS网元功能的逻辑架构，可根据实际部署需要，进行合设CSCF功能——会话控制和路由CSCF

（CallSessionControlFunction，呼叫会话控制功能），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，代理会话控制）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，查询会话控制）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，业务会话控制）的功能IMS用户注册认证业务触发和控制会话路由HSSS-CSCFP-CSCFS-CSCFS-CSCFI-CSCFHSS/SLF——用户数据管理HSS

（HomeSubscriberServer,归属用户服务器）的功能（类似于HLR）记录每个IMS用户的用户信息和业务数据：用户信息：用户号码、地址信息；用于认证和授权的安全信息；支持用户注册、记录不同系统间的位置信息；用户特征数据业务数据：业务触发规则和业务触发逻辑，采用XML语言描述SLF功能(SubscriptionLocationFunction,签约数据定位功能)在域内存在多个HSS时，用于选择用户数据存储的HSS。HSSCentralizedDatabasesAAA,Profiles,…HSSS-CSCFS-CSCFI-CSCFASMRF——媒体资源管理

MRF（

MultimediaResourceFunction，媒体资源功能）的功能包括MRFC(MultimediaResourceFunctionController,媒体资源控制器)

和MRFP(MultimediaResourceFunctionProcessor)两部分，提供的主要功能如下：铃音与录音通知的播放会议的媒体流处理（混音等）编解码转换DTMF信号处理可依据实际情况，单独设置或与AS合设AccessNetworkUserEquipment(UE)IMSAppIMSAppIMSAppMRFCMRFPS-CSCFMRFPMRFPSGBGCF/MGCF——互通功能BGCF的功能将用户的会话路由到正确的PLMN\PSTN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MGCF&IM-MGW的功能实现与CS域互通时信令与承载的转换MGCFTDMPBXPLMN|PSTNMediaGatewaySS7MGCBGCFS-CSCFI-CSCFSIPH.248AS应用服务器——业务触发和执行IMS业务触发在S-CSCF实现业务触发通过iFC（InitialFilterCriteria）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SCIM：业务融合实体、防止业务冲突XMLsFCSIPIncomingMessagesFilterCriteriaHSSOriginatingorTerminatingFiltersInitialFilterCriteria(iFC)DownloadatRegistrationSIPOutgoingMessagesSPTFApplicationServerApplicationServerApplicationServerFFS-CSCFSIPSIPSIPXMLiFCSubsequentFilterCriteria(sFC)DynamicupdateRouting提纲IMS基本介绍IMS网络架构及原理介绍云南IMS现状网络架构技术特点关键流程IMS中的接口协议SIP(SessionInitiationProtocol，会话初始化协议)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：Cx\Dx(HSS-CSCF),Sh(HSS-AS)，Dh等；实现QoS和计费策略的交互和执行，包括：Gq（P-CSCF-PDF）接口。RTP\RTCP媒体面信令，传输各类媒体流。IMS业务触发流程INVITEINVITEIFC(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Triggerpoint:Method="INVITE“&PAI=“64761033”&M=“audio”IMS业务触发方案参考业务名称ｉFC中的SPT设置条件语音(Method="INVITE")AND(Line="m"Content=".*audio.*")视频(Method="INVITE")AND(Line="m"Content=".*video.*")POC(Header="User-Agent"Content=".*PoC.*")即时消息(Method="MESSAGE")或（(Method＝INVITE)AND(line=”m”content=”*msrp*”)）呈现(Header="Event"Content=".*presence.*")多媒体会议(Method="INVITE")AND(RequestURI=.*conference-factory.*)AND(tDirectionOfRequest=ORIGINATING_SESSION)iFC可以依据具体业务的实现，灵活设计，以上iFC设计示例仅供参考CM-IMS用户码号为满足基于IP的寻址机制，IMS码号采用了基于域名的编制方式考虑到用户的使用习惯，IMS仍保留了TelURI格式的码号，其SIPURI码号提供了未来融合办公的可能传统终端IMS终端IMSIMSISDN电话号码用于CS手机用户的呼叫寻址用来唯一识别一个用户所分配的号码，仅用于用户注册IMPIVSVSIMPU私有用户标识，类似IMSI，仅用于用户注册采用域名编码方式，通过域名标识用户归属网络，示例：861052686688@SIPURI公有用户标识，和MSISDN相似，用于呼叫寻址的用户号码SIPURI由用户名和域名组成，能够直接在IMS网络路由，是IMS用户进行呼叫和路由寻址的实际号码，示例：sip:+861052686688@TelURI为保证和PLMN/PSTN用户的互通以及一致的用户体验，IMS用户还需分配TelURI格式的号码，该号码可用于拨号，但不能直接路由，需映射为SIPURI后才能寻址用户示例：tel:+861052686688CS手机固定SIP终端PC客户端POTS话机手机IMS路由机制——ENUM/DNSIMS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

(说明：

ENUM（E.164NumberURLMapping）负责电话号码到URL（域名）的转换;DNS负责URL地址（域名）到IP地址的解析。)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IMS路由机制——ENUM/DNSCM-IMS采用端到端的全IP寻址，ENUM/DNS为CM-IMS提供端到端的IP路由解析，便于与其他IP系统集成，减低了客户的管道成本CM-IMS的ENUM/DNS为二级架构ENUM为被叫号码提供电话号码到域名的解析DNS为CM-IMS呼叫全程提供域名到IP地址的解析ENUMDNS+8613912345678+86139xxx@ims.bj.域名IP地址TELURI通过两次查询完成电话号码到IP地址的映射R4软交换与IMS技术比较主要网元协议接口接入方式业务提供方式路由机制用户码号QoSIMSCSCFHSSMRSMGCFIM-MGW核心控制协议:SIP数据操作协议:Diameter媒体网关控制：H.248IMS采用端到端IP化，支持固定及移动方式接入开放CSCF和AS接口ISC；业务均有AS提供；IFC业务触发机制IMS采用ENUM\DNS协助路由、是一种基于IP网络的路由机制采用SIPURI和TELURI共用的编号规则支持PCC架构提供移动接入的QoS保障支持RACS架构提供固定接入QoS保障R4软交换MSSHLRMGW核心控制协议:BICC数据操作协议:MAP媒体网关控制：H.248R4软交换目前仅支持移动接入话音及补充业务由交换机提供；采用智能网提供增值业务R4软交换是基于用户MSISDN和MSRN号码的路由机制采用TEL的编号规则R4软交换网络QoS保障机制主要针对话音类窄带业务IMS与R4软交换对比分析IMS网元数目增加、实现控制与业务分离SIP协议更加灵活，更适合多媒体业务控制，而R4现有协议对多媒体业务控制能力有限Diameter的可扩展性优于MAP协议R4软交换支持固定接入方式改造量较大，包括协议的升级、网元功能的改造等IMS业务接口ISC进一步开放、业务触发更加灵活。R4采用智能网提供增值业务，智能网CAP协议能力有限、业务触发机制单一IMS网络采用类似互联网的路由机制，路由更加扁平化IMS采用SIPURI用户码号节省现有TEL码号资源、保持与互联网业务体验一致性IMS的QoS机制更加适合在IP网络环境下对多媒体业务质量的保障注册流程P-CSCFHSSDNSENUMI-CSCFS-CSCFVisitedorHomeNetworkHomeNetworkSIPCxSIPASASASCxShISCBackbonePacketNetworkAccess1IMS用户发出注册请求消息12P-CSCF通过DNS得到用户归属网的I-CSCF23P-CSCF把注册消息转到I-CSCF34I-CSCF查询HSS，为用户选择一个S-CSCF45I-CSCF将消息转到S-CSCF566S-CSCF从HSS得到用户的认证信息S-CSCF通知用户重新认证7788用户重新发起注册（1－5步）9认证通过，S-CSCF通知HSS910S-CSCF从HSS下载用户数据和iFC1011S-CSCF通知AS进行第三方注册1112AS从HSS得到用户数据（可选）1213P-CSCF向S-CSCF订阅注册事件通知1314用户向S-CSCF订阅注册事件通知14

Implicitly

RegisteredID

Set3

Private

UserIdentity1

Public

UserIdentity1

Public

UserIdentity2

Public

UserIdentity3

Implicitly

RegisteredID

Set1

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UserIdentity2

Public

UserIdentity4

Public

UserIdentity5

Public

UserIdentity6

Implicitly

RegisteredID

Set2

Service

Profile1

Service

Profile2

Service

Profile3

Service

Profile4

IMS

Subscription

IMSUserIMSUserIMS隐式注册——提高注册效率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同一IMS域内基本会话流程CallingandCalledPartyHomeNetworkHSSI-CSCFDNSAccessAccessP-CSCFBackbonePacketNetworkS-CSCFControlBearerSIPSIPDiameter用户发起会话请求，消息到达S-CSCF11S-CSCF从HSS下载用户数据（可选）2233S-CSCF触发业务，AS进行业务逻辑控制S-CSCF通过DNS得到被叫所在IMS域的I-CSCF44I-CSCF通过HSS查询得到被叫用户注册的S-CSCF55S-CSCF从HSS得到被叫用户的用户数据6677S-CSCF触发业务，AS进行业务逻辑控制RTPStreamRTPStream会话请求被路由到被叫用户88双方进行资源协商和预留99对被叫振铃1010被叫用户应答，会话建立1111AS不同IMS域之间的基本会话流程（漫游）ControlBearerCalledPartyVisitedNetworkCalledPartyHomeNetworkCallingPartyHomeNetworkCallingPartyVisitedNetworkP-CSCFHSSS-CSCFSIPSIPDiameterP-CSCFASHSSS-CSCFSIPASSIPDiameterI-CSCFDiameterDNSBackbonePacketNetworkAccessBackbonePacketNetworkAccess用户发起会话请求，消息到达S-CSCF11S-CSCF从HSS下载用户数据（可选）2233S-CSCF触发业务，AS进行业务逻辑控制S-CSCF通过DNS得到被叫所在IMS域的I-CSCF44I-CSCF通过HSS查询得到被叫用户注册的S-CSCF55S-CSCF从HSS得到被叫用户的用户数据6677S-CSCF触发业务，AS进行业务逻辑控制会话请求被路由到被叫用户88双方进行资源协商和预留99RTPStream对被叫振铃1010被叫用户应答，会话建立1111IMS呼叫路由举例－IMS用户呼叫手机用户IMS用户呼叫本网PLMN用户（IMS呼叫本地手机、省内手机、省际手机用户）P-CSCFS-CSCFBGCFMGCFSSA/TMGIMSPLMN省1IM-MGWGMSCSBCSBC省2SSA/TMGMSCGMSCMSCMSC1.本地呼叫2.省内长途3.省际长途信令路由媒体路由IMS呼叫路由举例－IMS用户呼叫它网手机用户IMS用户呼叫铁通或其他运营商用户P-CSCFS-CSCFBGCFMGCFSSA/TMGIMSPLMN省1IM-MGWGMSCSBCSBC省2SSA/TMGGMSCGMSCMSC1.省内呼叫2.省际长途关口局关口局铁通或其他运营商信令路由媒体路由IMS中的媒体处理－编解码协商与资源预留P-CSCF-1UE1S-CSCF-1S-CSCF-2P-CSCF-2UE21.确定终端支持的编解码集合2.INVITE3.根据运营商策略和网络情况检查编解码4.INVITE6.INVITE8.INVITE10.INVITE5.根据用户情况检查编解码7.根据用户情况检查编解码9.根据运营商策略和网络情况检查编解码10.确定被叫支持的编解码11.SDPANSWER12.媒体