IMS基础知识及重庆移动CMIMS网络架构介绍培训

通信技术专项培训课程IMS基础知识及重庆移动CM-IMS网络架构介绍系统掌握IMS核心概念与重庆移动现网架构实践Contents课程目录IMS核心技术与组网实践全览01IMS基本概念与发展背景02IMS网络架构与核心网元03IMS设备接口与协议体系04IMS用户标识体系05IMS业务提供模式06IMS典型呼叫流程07重庆移动CM-IMS组网方案CHAPTER01IMS基本概念与发展背景理解IMS的定义、设计初衷与通信网络演进脉络NextGenerationNetworkIMS的定义与核心内涵IMS（IPMultimediaSubsystem）是3GPP在R5阶段引入的标准化通信架构，叠加于PS域之上，旨在基于全IP网络为移动用户提供语音、视频、消息等多媒体业务的统一接入、控制与交付能力，是下一代网络融合的核心基础设施。01IP层面：基于IP的传输、会话控制和业务实现，摆脱传统电路交换依赖，实现全网IP化统一承载02Multimedia层面：支持语音、视频、图片、文本等多种媒体组合，满足用户从单一通话到富媒体通信的升级需求03Subsystem层面：采用标准化子系统架构设计，最大程度重用现有网络系统，降低部署成本并保障向后兼容通信机房核心网设备实拍EVOLUTIONIMS的发展演进历程IMS伴随3GPP标准从R5到R18持续演进，从辅助系统到核心基础设施的角色跃迁，成为全球运营商IP化转型的关键里程碑。R5/R6·3G3GPP引入IMS架构，叠加在PS域上，为移动用户提供基于SIP的多媒体会话控制能力R8–R14·4GLTELTE取消CS域，VoLTE依托IMS实现全IP语音，IMS从可选组件升级为核心网必备网元R15–R18·5GSA5GSA架构下IMS与5GC深度融合，支持VoNR和多媒体通信，成为语音与消息业务的控制中枢5G通信基站设施·IMS在5G网络中的持续演进ArchitectureComparisonIMS与传统网络架构对比IMS与传统通信网络的本质区别在于其分层式、模块化的架构设计理念，通过将控制与业务解耦、采用标准化IP接口，解决了传统网络功能高度耦合、新业务上线困难、跨网络互通复杂等核心痛点，为运营商构建灵活可扩展的多媒体业务平台奠定了基础。IMS架构特征与传统网络对比对比维度IMS架构特征传统网络特征架构类型分层式、模块化通信架构单体式、功能集中平台核心能力会话控制、用户鉴权、业务触发仅负责语音通话交换承载方式基于全IP网络承载依赖电路交换网络适用业务语音、视频、消息等多媒体业务主要限于语音业务部署对象通信核心网与运营级业务系统企业内部交换机设计原则控制与业务分离、标准化接口功能高度耦合、私有接口IMS通过分层解耦和IP化设计，全面超越传统通信架构在业务灵活性、扩展性和互通性方面的局限ArchitectureIMS分层架构的设计逻辑IMS采用分层架构的核心原因在于通信业务的复杂性——不同功能环节对实时性、稳定性和灵活性的要求差异显著。通过分层将高耦合系统拆解为低耦合功能域，既降低了系统升级和扩容的风险，又实现了业务创新与底层控制的独立演进，为运营商快速上线新业务提供了架构保障。解决复杂通信流程一次呼叫涉及接入、注册、路由、媒体协商、策略判断、计费等环节，各环节变化频率与稳定性要求差异显著分层设计将高耦合大系统拆为低耦合功能域，单一环节调整不会拖垮全网，降低运维和升级风险实现业务与控制解耦传统网络中业务与网络控制深度绑定，新业务上线需改动大量底层逻辑，迭代周期长、风险高IMS将会话控制能力抽出，业务层通过标准接口调用控制能力，新业务开发无需改动底层网络CHAPTER02IMS网络架构与核心网元从分层视角解析IMS系统组成及各网元功能定位ArchitectureOverviewIMS系统架构分层总览IMS系统架构由承载层、控制层、业务层和互通域四大功能层次构成，四层分工明确、接口标准化，共同构成面向多媒体业务的完整网络体系。承载层（IP-CAN）支持CDMAPS域、WCDMAPS域、WiMAX、WiFi、固定宽带等多种接入方式无线以PS/GPRS为承载，固定以IP系统为承载，实现全IP统一接入全IP接入控制层与业务层P/I/S-CSCF、SLF/HSS、BGCF等网元完成用户管理、会话控制与路由SIPAS、OSA-SCS通过ISC接口调用控制层能力，提供增值业务会话控制互通域包含SGW（信令网关）、MGCF/MGW（媒体网关控制/媒体网关）等实体负责IMS域与传统PSTN、PLMN等电路交换网络的互联互通跨网互通IMSCoreNetworkP-CSCF：代理呼叫会话控制功能P-CSCF是用户终端接入IMS网络的第一个连接点，承担安全联盟建立、QoS策略管理、网络拓扑隐藏等多重职责。通信网络接入侧基础设施安全联盟建立与终端之间建立IPSec安全联盟，保障SIP信令在接入链路上的传输安全与完整性QoS管理与策略控制完成承载与控制的绑定，根据SDP协商结果动态打开或关闭QoS资源拓扑隐藏（THIG）隐藏IMS网络内部拓扑信息，防止外部探测内部网元结构，增强整体安全性PDF功能与SIP头压缩基于业务SDP完成授权承载资源管理，同时对SIP消息进行头压缩以减少空口开销IMSCoreNetworkI-CSCF：查询呼叫会话控制功能I-CSCF是IMS系统对外联系的入口节点，承担S-CSCF分配、网络边界防护和路由查询等核心职责。IMS对外联系入口所有来自外部网络的SIP请求首先到达I-CSCF，由其进行初步路由判断和转发处理。作为IMS网络的第一道门户，I-CSCF负责接收所有入站信令流量，确保请求被正确路由至后续网元。SIPEntryPointS-CSCF分配功能通过查询HSS获取被叫用户的S-CSCF能力要求或已分配的S-CSCF地址，为用户选择合适服务节点。该功能实现了用户注册状态与业务能力的动态匹配，确保呼叫由最优服务节点处理。HSSQuery&Assignment网络边界防护对外屏蔽IMS网络内部拓扑细节，在漫游场景下作为来访用户进入归属网络的统一入口。通过隐藏核心网架构信息，有效防止网络拓扑泄露，提升整体安全性和抗攻击能力。TopologyShieldIMSCoreNetworkElementS-CSCF：服务呼叫会话控制功能S-CSCF是IMS架构中最核心的网元，承担用户注册、会话控制、业务触发与路由决策等关键职责。用户注册处理用户注册请求，将公共身份与S-CSCF地址绑定到HSS，建立用户在线状态，维护注册生命周期管理。HSS绑定在线状态Registrar会话控制与路由负责会话的建立、维护和释放，基于SIP路由规则将请求转发至目标用户或应用服务器，保障信令路径正确。SIP协议动态路由SIPRouting业务控制与触发根据用户签约的ServiceProfile判断触发条件，通过ISC接口将请求路由到对应AS执行，实现业务逻辑分离。ServiceProfileISC接口ISCInterface与业务层交互作为控制层与业务层的桥梁，在通话中动态调用增值业务逻辑，如来电显示、呼叫转移、会议通话等。来电显示呼叫转移Value-AddedIMSCoreNetworkHSS与SLF：用户数据管理HSS是IMS的用户数据核心，集中存储签约数据、业务配置、位置信息和鉴权参数，相当于传统HLR的全IP升级版。SLF作为HSS的目录服务，在多HSS部署场景下为网元提供目标HSS定位能力，两者共同构成IMS的用户数据管理体系。HomeSubscriberServerHSS（归属用户服务器）01存储IMS用户签约数据、ServiceProfile和鉴权向量，是用户身份和业务策略的唯一数据源02提供传统HLR功能，管理CS域签约数据，支持CS/PS/IMS三域数据的统一管理03响应S-CSCF和I-CSCF的查询请求，提供用户当前注册的S-CSCF地址和业务能力信息唯一数据源SubscriptionLocatorFunctionSLF（签约定位功能）01在多HSS部署场景下，为需要访问HSS的网元提供目标HSS地址查询服务02类似于DNS的目录服务机制，根据用户标识定位到具体的HSS实例，支持网络水平扩展03实现用户数据的分布式存储管理，提升系统容量和可靠性，支持大规模用户场景目录定位IMSCoreArchitectureMRFC/MRFP与BGCF/MGCFIMS通过MRFC/MRFP实现媒体资源控制与处理的分离，提供放音、会议混音等能力；通过BGCF/MGCF实现IMS域与传统网络的互通。媒体资源功能（MRF）01MRFC（媒体资源功能控制器）：接收S-CSCF指令，控制MRFP执行具体的媒体处理操作02MRFP（媒体资源功能处理器）：执行放音、录音、多方会议混音、DTMF收号等实际媒体流处理SIP控制·RTP处理互通功能组件01BGCF（出口网关控制功能）：在IMS用户呼叫传统网络时，负责选择合适的MGCF出口节点02MGCF（媒体网关控制功能）：完成SIP与ISUP/BICC信令转换，控制MGW实现媒体流转码与互通PSTN/PLMN互通Chapter03IMS设备接口与协议体系解析IMS网元间接口定义与SIP/Diameter等核心协议PROTOCOLSTACKIMS核心协议栈IMS协议栈以SIP为核心会话控制协议，辅以SDP进行媒体参数协商、RTP/RTCP承载媒体流传输、Diameter实现网元间非会话类数据查询。SIP会话初始协议IMS会话控制的核心协议，负责会话建立、修改和终止，所有CSCF间信令交互均基于SIP。会话控制CORESDP/RTP/RTCPSDP嵌入SIP消息体描述媒体参数，RTP承载实际媒体流，RTCP反馈传输质量。媒体承载MEDIADiameter协议用于CSCF与HSS之间的用户数据查询和鉴权交互，是传统SS7MAP协议的IP化替代。数据查询AUTHISUP/BICCMGCF与传统PSTN/PLMN互通时使用的电路交换信令协议，实现SIP与传统信令的双向转换。互通网关GATEWAYCHAPTER04IMS用户标识体系解析IMPI、IMPU等IMS用户标识及其应用场景IMSIdentityArchitectureIMPI与IMPU：IMS核心用户标识IMS通过IMPI（私有标识）和IMPU（公有标识）的双层标识体系实现用户身份管理。IMPI用于注册鉴权、不对外暴露，IMPU用于日常通信寻址、可多标识并存。这种分离设计兼顾了安全性和灵活性，支持一用户多身份、多设备共享同一签约的复杂业务场景。PrivateIdentityIMPI（私有用户标识）01由运营商在开户时分配，格式为NAI（如），存储于ISIM/USIM卡中02仅在注册和鉴权过程中使用，不对外暴露，保障用户身份安全，一个用户通常只有一个IMPIFORMATNAIPublicIdentityIMPU（公有用户标识）01支持SIPURI（如sip:）和TELURI（如）两种格式02用于日常通信中的地址标识和寻址，一个用户可拥有多个IMPU，多个IMPU可关联同一个IMPIFORMATSIPURIsipServiceProfile与隐式注册集IMS用户标识体系不仅包含IMPI/IMPU，还通过ServiceProfile定义业务触发规则、通过隐式注册集实现多身份批量注册。ServiceProfile中的初始过滤准则（iFC）是业务触发的核心机制，隐式注册集则简化了多IMPU用户的注册流程，两者共同支撑IMS丰富的业务配置和灵活的身份管理。ServiceProfile存储于HSS中，包含用户的初始过滤准则（iFC）与业务触发条件，S-CSCF注册时下载并据此执行业务路由HSS隐式注册集当一个IMPU完成注册后，与之关联的其他IMPU自动完成注册，简化多身份用户的注册流程Auto-Register通配PSI用于标识IMS网络中的公共服务，如会议与消息平台，而非具体用户，支持匿名服务场景AnonymousCHAPTER05IMS业务提供模式解析SIPAS、Parlay网关、SCP三种业务提供方式及触发机制IMSArchitectureIMS三种业务提供方式IMS通过SIPAS、Parlay网关与SCP三种方式并存，保障业务生态丰富性与向后兼容。SIPAS直接提供01最主流的IMS业务模式，SIP应用服务器通过ISC接口与S-CSCF相连02S-CSCF根据iFC规则将SIP请求路由到对应AS，AS执行业务逻辑后返回结果ISC接口Parlay网关与SCP方式01OSA-SCS将IMS网络能力封装为标准API，向第三方开发者开放02IM-SSF对接传统智能网SCP，实现预付费、VPN等业务平滑延续API·SCPIMSCoreMechanismIMS业务触发机制：iFC工作原理iFC（初始过滤准则）是IMS业务触发的核心机制，存储在HSS的用户ServiceProfile中。S-CSCF根据iFC规则逐条匹配SIP请求的触发条件，将匹配请求路由到指定AS执行业务逻辑。STEP01iFC规则组成每条规则包含触发条件（请求类型、SIP头域匹配模式等）和目标AS地址，存储于HSS的ServiceProfile中HSS·ServiceProfileSTEP02S-CSCF逐条匹配收到SIP请求后，S-CSCF按优先级顺序检查iFC规则，匹配则将请求转发至目标ASPriorityMatchSTEP03链式业务触发AS处理完可将请求返回S-CSCF继续匹配下一条iFC，支持多业务按序执行ChainExecutionExample黑名单过滤→呼叫转移→通话录音——多业务按优先级链式触发CHAPTER06IMS典型呼叫流程通过注册、VoLTE呼叫和VoWiFi切换流程理解信令交互SignalingFlowIMS注册流程IMS注册流程是用户使用所有IMS业务的前提，涉及UE→P-CSCF→I-CSCF→S-CSCF→HSS的多轮信令交互。流程包括首次注册请求、HSS查询与S-CSCF分配、鉴权挑战与响应、注册确认与ServiceProfile下载四个关键阶段，确保用户身份合法性和业务配置就绪。01初始注册请求UE发送REGISTER到P-CSCF，P-CSCF转发至I-CSCF，I-CSCF查询HSS确定S-CSCF分配策略。UE→P-CSCF→I-CSCF02鉴权挑战与响应S-CSCF从HSS获取鉴权向量，返回401Challenge；UE计算RES后重新REGISTER完成鉴权。401Challenge03注册确认与数据同步S-CSCF验证通过后向HSS写入注册状态，下载ServiceProfile（含iFC规则），返回200OK。200OKIMSSignalingVoLTE语音呼叫建立流程VoLTE呼叫建立是IMS最典型的应用场景，涉及主叫UE→P-CSCF→S-CSCF→AS→I-CSCF→被叫S-CSCF→被叫UE的完整信令链路。INVITE发起与路由主叫UE发送INVITE经P-CSCF到达S-CSCF，S-CSCF触发iFC匹配AS后，路由至被叫侧I-CSCF和S-CSCF关键信令INVITE振铃与应答被叫S-CSCF将INVITE送达被叫UE，被叫返回180Ringing振铃，接听后返回200OK关键信令180Ringing媒体通道建立主叫UE收到200OK后发送ACK确认，双方通过SDP协商的参数建立RTP媒体通道，通话正式开始关键信令ACK+RTPIMSVOICECOVERAGEVoWiFi及VoLTE/VoWiFi切换VoWiFi利用WiFi接入扩展IMS语音覆盖范围，弥补LTE信号盲区。两者共享IMS核心网，无缝切换依赖SRVCC/eSRVCC机制保障通话连续性。VoWiFi工作原理WiFi接入与IMS连接UE通过WiFi接入ePDG，再连接IMS核心网，信令流程与VoLTE一致，仅承载网络不同。ePDG作为安全网关，建立IPSec隧道保护用户面和控制面数据。统一签约与业务配置共享同一IMS签约数据和业务配置，用户在WiFi和LTE间使用相同的IMPU进行通信，无需额外开户或变更套餐，实现真正的无缝体验。VoLTE/VoWiFi无缝切换测量触发与网络决策切换由UE测量上报触发，网络侧基于信号质量和策略决策是否执行切换。UE持续监测WiFi和LTE信号强度，当满足门限条件时发起切换请求。SRVCC/eSRVCC保障机制依赖SRVCC/eSRVCC机制实现通话不中断的跨接入切换，保障用户通话连续性体验。eSRVCC通过预建立承载和锚定转移，将切换时延控制在300ms以内。VoLTEMobilitySRVCC/eSRVCC：语音呼叫连续性SRVCC/eSRVCC是保障VoLTE用户在LTE覆盖边缘不掉话的关键技术，实现语音通话从IMS域到传统CS域的无缝切换。eSRVCC通过引入ATCF/ATGW锚定媒体路径，将切换时延控制在300ms以内，显著提升了用户体验，是VoLTE商用部署的必备能力。SRVCC基本原理UE上报测量报告→MME决策切换→MSC准备CS资源→S-CSCF通过SCCAS锚定会话→语音流切换至CS域CS域切换eSRVCC增强机制引入ATCF和ATGW锚定媒体路径，减少远端媒体更新，切换时延降至300ms以内≤300ms部署必要性LTE覆盖初期必然存在覆盖空洞，SRVCC/eSRVCC是保障语音连续性的必备能力，直接影响用户感知覆盖连续性CHAPTER07重庆移动CM-IMS组网方案结合实际网络部署解读重庆移动IMS架构特点与配置要点NetworkArchitecture中国移动CM-IMS整体组网原则CM-IMS采用集中与属地两级部署架构，遵循控制与承载分离原则，统一安全域、IP规划与QoS规范，确保全网一致性与省级灵活扩展的平衡。集中+属地两级架构HSS、ENUM/DNS等全网共享网元集中部署，CSCF、SBC、AS等控制与业务网元按省属地化部署，兼顾统一管理与地方灵活。两级部署控制与承载分离信令控制面与媒体承载面独立组网，支持分别扩容和独立运维，显著提升网络整体的灵活性与可扩展能力。独立扩容安全域与QoS规范严格划分信令域、媒体域和管理域，IP地址统一规划，端到端QoS机制保障语音业务优先级与全网服务质量。端到端QoSNETWORKDEPLOYMENT重庆移动CM-IMS组网部署方案重庆移动CM-IMS核心网元部署于两江和茶园双数据中心，实现物理级容灾保障。SBC部署于网络边界负责接入安全，CSCF采用P+I+S合设方式简化信令路径，整体容量支持超2000万IMS注册用户。核心网元部署01双中心容灾：核心网元部署于两江和茶园数据中心，物理位置分离，确保单机房故障时业务不中断双数据中心02SBC边界部署：会话边界控制器部署于网络边界，承担接入安全防护、NAT穿越和