IMS系统架构和基本原理2
IMS技术
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继承
图6 A-IMS加密和数据完整性算法A-IMS继承了IMS/MMD的所有安全特征，如鉴权、加密以及数据完整性保护 算法等，因此A-IMS在SIP用户的合法性检验、数据的私密性和完整性等方面采取的算法和IMS/MMD是相同的。但 由于A-IMS增加了对非SIP应用的支持，相应地，这些算法也考虑了对非SIP应用的支持(本文中提及的A-IMS对 IMS的继承，是指对鉴权加密机制的继承，但对于具体的细节A-IMS有一些细微改进)。
1集成安全和统一安全管理
由于A-IMS需要处理吉比特速率的承载流量，为避免络“瓶颈”，A-IMS将安全机制集成到系统的各个元中， 通过SOC下发策略和SM对安全事件的检测，使分散于各地的元，都按照统一的安全策略工作，实现了整个络统一 的安全管理。例如：利用集成安全机制，SOC可以分发流量标准等安全策略到各地元，通过本端测量或远程测量， 标识、区分和追踪反常行为，快速阻断病毒的传播，这种统一的集成安全机制，使系统整体安全性相对于 IMS/MMD络有较大提高。
IMS以其业务、控制、承载完全分离的水平架构，集中的用户属性和接入无关等特性，一方面解决了软交换 技术还无法解决的问题，如用户移动性支持、标准开放的业务接口、灵活的IP多媒体业务提供等；另一方面，其 接入无关性，也使得IMS成为固定和移动络融合演进的基础。
IMS业务架构如图1所示，IMS的目的是建立与接入无关、能被移动络与固定络共用的融合核心。
P-CSCF是UEIMS的第一步，是UE在被访问域（漫游时）首先要访问的点，进出的SIP消息都要通过P-CSCF。 P-CSCF相当于SIP协议定义的边界代理服务器。
IMS基础培训
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理解IMS各个功能实体
MRF 处理媒体资源功能
Gaming Meeting 第三方应用
OSA-SCS
HSS
ATS
SIP AS
HSS SLF
MRFC MRFP
MRFC MRFP
BGCF MGCF IM-MGW VIG
理解IMS各个功能实体
CSCF
最核心的网元，进行呼叫 会话控制。
Gaming Meeting 第三方应用
OSA-SCS
Hale Waihona Puke HSSATSSIP AS
SLF
S_CSCF
MGCF
I_CSCF
BGCF
• 网络位置：接入或会聚点, 互通的网络边缘 。
WiKi百科定义：
A Session Border Controller is a device used in some VoIP networks to exert control over the signaling and usually also the media streams involved in setting up, conducting, and tearing down calls.
MG
MRFP
MRFC
P-CSCF
GSM/WCDMA BAS
WiFi
PSTN/CS
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CSCF逻辑实体
CSCF是IMS网络的核心处理和控制部件，用来控制
用户注册、会话控制等等功能。按照功能划分的不同，
IMS简介__含网络拓扑
竞争 博弈 融合
电信业
3GPP在R5版本中提出支持 多媒体业务的子系统（IMS）技术标准， 在 版本中提出支持 多媒体业务的子系统（ 版本中提出支持IP多媒体业务的子系统 ）技术标准， 将蜂窝移动通信网技术和Internet技术结合了起来。 技术结合了起来。 将蜂窝移动通信网技术和 技术结合了起来
IMS相关的标准组织 相关的标准组织
DNS、ENUM Server：
DNS (Domain Name System)：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DNS Server，也可直接在网内新建 DNS服务器 ENUM (E.164 Number URI Mapping)服务器负责电话号码到URL的转 换
1
2
INVITE
7
P-CSCF-A
Media Session
P-CSCF-B
Network visited by UE A
Network visited by UE B
OMA：开放移动联盟；3GPP：第三代合作伙伴计划；ETSI：欧洲电 ：开放移动联盟； ：第三代合作伙伴计划； ： 信标准化协会；IETF：Internet工程任务组；TISPAN：电信和互联 信标准化协会； ： 工程任务组； ： 工程任务组 网融合业务及高级网络协议。 网融合业务及高级网络协议。
IMS标准化的进展 标准化的进展
IMS简介 简
1. IMS概 概 2. IMS 网络架构 网络架 3. IMSf f 4. IMS发 发 关问题
ＩＭＳ
系结构 层 系结构
ＩＭＳ
系结构 层 系结构
ＩＭＳ的体系采用了分层结构 分为ＩＰ接入网络层（ＩＰ－ 的体系采用了分层结构， ＩＰ接入网络层 ３ＧＰＰ ＩＭＳ的体系采用了分层结构，分为ＩＰ接入网络层（ＩＰ－ ＣＡＮ）、ＩＰ多媒体核心网络层 多媒体核心网络层（ＩＭ ＣＮ）和业务网络层 和业务网络层。 ＣＡＮ）、ＩＰ多媒体核心网络层（ＩＭ ＣＮ）和业务网络层。 ＩＰ－ＣＡＮ完成的主要功能包括发起和终结各类ＳＩＰ会话；实现ＩＰ分组 承载与其他各种承载之间的转换；根据业务部署和会话层的控制实现各种 ＱｏＳ策略；完成与传统ＰＳＴＮ／ＰＬＭＮ间的互联互通等功能。 ＩＭ ＣＮ全部基于ＩＰ，该层与ＰＳ域共用物理实体，提供多媒体业务环 境。该层完成基本会话的控制，完成用户注册、ＳＩＰ会话路由控制，与应用 服务器交互执行应用业务中的会话，维护管理用户数据、管理业务ＱｏＳ策 略等功能，与应用层一起为所有用户提供一致的业务环境。 业务网络层是指通过ＣＡＭＥＬ（移动网络定制应用增强逻辑服务器 ）， ＯＳＡ／ＰＡＲＬＡＹ应用程序接口和ＳＩＰ技术提供多媒体业务的应用平台， 可以向用户提供多媒体业务逻辑，也可以实现传统的基本电话业务， 如呼叫前转、呼叫等待、会议等业务。
IMS技术交流文档
03 IMS技术应用场景
移动通信网络中的应用
语音通话
IMS技术可以提供高质量的语音通话 服务，支持跨运营商、跨网络的语音 通信，提高通话质量和稳定性。
视频通话
消息传递
IMS技术可以支持消息传递，包括文 本、图片、视频等多种格式的消息发 送和接收，提高信息传递的效率和便 捷性。
IMS技术可以实现视频通话功能，提 供高清、流畅的视频通信体验，满足 用户多样化的通信需求。
IMS技术的历史与发展
总结词
IMS技术经历了多年的发展，已经成为通信网络的重要组成部分。
详细描述
IMS技术最早起源于20世纪90年代，随着互联网和移动通信技术的发展，IMS技术逐渐成熟。目前，IMS已经成 为通信网络的重要组成部分，被广泛应用于移动网络、固定网络以及互联网领域。未来，随着5G、物联网等技术 的发展，IMS技术将继续发挥重要作用，为用户提供更加优质、多样化的多媒体服务。
企业内部通信中的应用
1 2 3
统一通信
IMS技术可以实现企业内部统一通信，提供包括 语音、视频、消息等多种通信方式，提高企业内 部沟通效率和协作能力。
会议系统
IMS技术可以支持企业内部的会议系统，提供高 清、稳定的音视频会议功能，方便企业进行远程 会议和协作。
应急指挥
IMS技术可以应用于企业应急指挥系统，提供快 速、准确的通信手段，保障企业安全和应对突发 事件。
安全性问题
高昂的维护 成本
随着技术的不断发展，如何跟上技术的更新换代并保 持系统的领先地位也是IMS技术面临的挑战之一。
技术更新迅 速
由于IMS技术的复杂性和专业性，需要专业的维护团 队进行支持，维护成本相对较高。
未来发展方向与趋势
IP多媒体子系统IMS
IP多媒体子系统IMSIP多媒体子系统（IMS）是一种基于IP网络的集成电信解决方案，它将多种通信和媒体服务整合到一个统一的平台上。
IMS 是现代电信网络的核心，为用户提供了丰富的通信体验和更高质量的服务。
IMS的核心功能是实现多媒体通信服务，它支持语音、视频、短信和数据等不同形式的通信。
IMS通过使用IP协议，提供了一种开放的通信环境，可以与其他服务进行集成，如VoIP （Voice over IP）和视频通话。
IMS的设计基于多种协议和技术，包括SIP（Session Initiation Protocol）、SDP（Session Description Protocol）、RTP（Real-time Transport Protocol）、H.323（ITU-T推荐的一种多媒体传输协议）和MPEG（Moving Picture Experts Group）等。
这些协议和技术共同构成了IMS的基础架构，使其支持多种媒体通信服务。
IMS的架构包括以下几个核心组件：1. P-CSCF（Proxy-Call Session Control Function）：作为用户和IMS网络间的接口，负责呼叫的鉴权、路由和策略控制等功能。
2. S-CSCF（Serving-Call Session Control Function）：负责处理用户的呼叫请求，包括鉴权、会话管理、策略和访问控制等。
3. I-CSCF（Interrogating-Call Session Control Function）：负责处理呼叫路由以及用户鉴权请求，并将呼叫请求传递给适当的S-CSCF。
4. MGCF（Media Gateway Control Function）：负责控制语音和视频通信等媒体流的转发和转码。
5. HSS（Home Subscriber Server）：存储用户的个人信息和权限，辅助IMS进行会话管理和鉴权。
IMS通信框架简介解析
业务场景介绍
拜访网络
UE-A PCSCF ICSCF
归属网络
SCSCF UE-B
INVITE INVITE
本 域 用 户 呼 叫
INVITE
INVITE 180 180 180 180 200 OK 200 OK 200 OK 200 OK ACK ACK ACK ACK 通话建立，通话中 BYE BYE BYE BYE 200 OK
船上用户
报文AS SCSCF PCSCF UE-B
REGISTER REGISTER 发送UAR请求
返回分配的SCSCF地址
REGISTER 密码校验
发送SAR获取用户 签约数据 返回SAA用户签约 数据 返回200 OK 返回 200 OK 返回 200 OK
业务场景介绍
注册流程说明： 上述图流程中，比较关键的几点如下： 1.在IMS里面，网络分为两种，一种用户归属网络，一种用户拜访网络。其中用户 拜访网络指的是用户终端在登录那一刻所处的位置，比如某一用户A，本身是深圳 用户，现在漫游到北京，那么他要进行登录认证的时候，登录的就是北京区域的 PCSCF，通过本经区域的PCSCF接入到他的深圳归属网络；
2.软交换是IMS的核心控制层，只做信令 间的路由，当用户信令联通后，会通过 信令中携带的IP信息，通过IP直连，然 后通过其他服务器（放音服务器），进 行放音通话。这些就是一个最简单的点 对点语音呼叫流程。 3.呼叫INVITE的结构一般为：
业务场景介绍
岸到船报文业务
岸上用户
UE-A PCSCF SCSCF ICSCF 报文AS 外通AS 数据网关 数据网关 外通AS
IP多媒体子系统IMS
IP多媒体子系统IMSIP多媒体子系统（IMS）是一种集成了语音、视频、数据和即时消息等多种多媒体通信应用的系统，它基于IP网络架构，提供了丰富的多媒体服务和功能。
IMS技术是当前移动通信网络和互联网服务融合发展的重要方向之一，为用户提供了更加丰富、高质量的通信体验。
IMS的架构基于IP网络，并采用了服务、控制和传输层的分离，使得应用和网络能够独立演化和升级。
它包含了许多关键组件，如呼叫控制层（CSCF）、媒体资源层（MRFC）、多媒体资源层（MMRF）等，每个组件都有特定的功能和角色，相互协作完成多媒体通信应用的实现。
IMS可支持多种多媒体应用，最常见的是语音和视频通话。
用户可以通过IMS系统进行高质量的语音通话，甚至支持高清音频；同时，用户还可以通过IMS进行视频通话，实现面对面的沟通和交流。
IMS系统还支持多人视频通话、多人会议等功能，让用户能够进行更复杂的多媒体应用。
另外，IMS还支持即时消息（IM）和多媒体消息（MMS）等功能。
通过IMS系统，用户可以进行实时的文字聊天、文件传输，以及发送照片、音频、视频等多媒体信息。
IM和MMS功能的出现，使得用户能够随时与好友、家人进行交流，分享自己的生活和体验。
这些通信应用基于IMS系统都具有低延迟、高可靠性和较高的安全性。
除了基础通信功能外，IMS还提供了其他增值服务，如语音留言、语音识别、音频会议等。
这些服务使得用户能够更加方便、灵活地进行多媒体通信，满足不同用户的需求。
IMS的实现带来了许多好处。
首先，IMS系统基于IP网络，可以利用互联网的基础设施，降低通信成本。
其次，IMS系统提供了丰富的多媒体服务，丰富了用户的通信体验。
再次，IMS系统具有灵活的可扩展性和可升级性，可以满足新的通信需求。
总之，IMS作为一种集成了语音、视频、数据和即时消息等多种多媒体通信应用的系统，通过基于IP网络的架构，为用户提供了更加丰富、高质量的通信体验。
它的出现推动了移动通信网络和互联网服务的融合发展，提升了用户的通信方式和效果。
IMS简介__含网络拓扑
DNS、ENUM Server：
DNS (Domain Name System)：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DNS Server，也可直接在网内新建 DNS服务器 ENUM (E.164 Number URI Mapping)服务器负责电话号码到URL的转 换
蜂窝移动通信网技术和Internet技术的发展为新的体 蜂窝移动通信网技术和 技术的发展为新的体 系架构的提出做好了技术上的铺垫
浅谈3G系统中IMS技术
浅谈3G系统中IMS技术随着移动通信技术的不断发展，3G系统成为了目前移动通信里最主流的通信技术之一。
3G系统通过采用不同的技术来实现多种服务，其中IMS技术是3G系统的重要组成部分。
本文将从以下几个方面来浅谈3G系统中IMS技术的应用。
一、IMS技术的基本概念IMS是IP Multimedia Subsystem的缩写，它是一种开放的、标准化的、服务架构化的多媒体通信协议，主要是用于提供多媒体实时通信服务，如VoIP、视频电话、多媒体消息等，同时也支持基于Web的业务和服务。
IMS技术采用IP网络传输，可以实现多种不同技术之间的互通和融合，在通信领域中具有广泛的应用和前景。
二、IMS技术的特点1.开放性：IMS技术是一种开放的技术，它允许不同厂商的设备和应用互相协同工作，方便用户可以随时随地享受到多媒体服务的便利。
2.标准化：IMS技术是基于开放标准的，因此可以保证不同厂商的设备和应用之间的互通性和兼容性。
3.支持多种业务：IMS技术能够实现多种实时通信服务，如VoIP、视频电话、多媒体消息等，也支持基于Web的业务和服务。
三、IMS技术在3G系统中的应用1.VoIP功能：VoIP是IMS技术的一项主要应用，它是3G系统和IMS技术的重要组成部分，可以实现语音和视频通话、多媒体消息等服务。
2.视频电话：与VoIP功能类似，视频电话也是IMS技术中的一个主要应用，它可以通过IP网络实现双方的视频通话，大大提高了沟通的效率和效果。
3.基于Web的服务：IMS技术还支持基于Web的业务和服务，可以通过IMS网关与其他网络、应用服务平台相连通，为客户提供更多的服务。
4.融合服务：IMS技术具有融合服务的特性，即将语音、数据、视频等多媒体业务进行整合，实现多种服务的共享和融合。
四、IMS技术的发展前景随着移动通信技术的不断发展和用户需求的增加，IMS技术将具有更广泛的应用和发展前景。
在未来的移动通信领域中，IMS技术将逐渐成为通信服务的标准，并将更加完善和成熟，不断提高用户的体验和服务质量。
IMS系统介绍
全省层面 本地网
MGW
MGCF
AGCF
P-CSCF
MGCF
本地网
MGW
TDM汇接局
AG/EPON /PRI/IDSN
SBC
城域网/ W 网PS域 AG/EPON /PRI/IDSN
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，目前3GPP 的主要工作是基于GPRS网络，3GPP2则基于PDS网络
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IMS 网络架构及实体
Serving (S)-CSCF: 会话控制和业务触发 •概念上作为一个SIP registrar, location server、proxy 和 user agent功能 •根据HSS中的用户信息进行用户认证 •触发业务到SIP-AS、OSA-SCS、IMSSSF •与业务平台进行交互:ISC接口 •产生计费记录
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IMS网络架构 IMS典型组网
IMS网元功能
IMS基本呼叫流程 IMS网元同步机制
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BGCF
Application
S-CSCF
I-CSCF MGCF P-CSCF CSCF
Proxy (P)-CSCF: UE到网络的第一个连接点 •建立同终端间的安全联盟SA •SIP Proxy功能 PCRF •SIP 压缩/解压缩 •产生计费记录 在UE获得IMS服务时，P-CSCF是第一个联 系节点。 PCEF 用户设备通过一个“本地CSCF Discovery” GGSN 流程来得到P-CSCF的地址。 P-CSCF的作用就像一个代理服务器，它把收 到的请求和服务进行处理 或转发。 SGSN RAN UE P-CSCF不会对 SIP的INVITE消息中请求的 URI进行修改。
IMS的QoS架构和控制机制
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交互 功 能和媒
IM S 网络 中的I M S
会 话 控 制 并不 直 接 控 制 承 载
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网络 的 资源 分 配
，
需 要 在IM S 会话 和 传输 承 载 层之
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个 P D P上 下 文 来 交 换 S I P 信 令
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G q 上 交 换 与 策 略 相 关 的 消 息 来实 现 的
1
．
问 I M S 网 络 的 入 口 点 负 责 多 媒 体 会 话 中被 访 问 网 络 的资源预 留和 Qo S 控制 体监 管功 能
IMS相关概念解读
IMS提供基于SIP的多媒体会议功能，支持多方音视频通话、屏幕共享等功能。
IMS通过与内容提供商合作，提供丰富的多媒体内容，如视频点播、直播等，供用户在 会议中共享和讨论。
IMS支持多种终端类型，包括固定电话、移动设备、PC等，方便用户随时随地参与会议。
IMS提供会议录制功能，支持录制会议通话和共享内容，方便用户回放和整理会议内容。
IMS在物联网领域的未来发展方向 和趋势
5G与IMS的融合：提升网络性能和用户体验 AI与IMS的结合：实现智能化的通信服务 云计算与IMS的集成：降低运营成本，提升服务可靠性 物联网与IMS的融合：拓展应用场景，提升行业价值
汇报人：
随着人工智能技术的不断发展，AI在IMS中的应用将更加广泛，为企业带来更多的商 业机会和价值。
企业需要积极探索AI技术在IMS中的应用，不断优化和改进技术方案，以适应不断变 化的市场需求和业务环境。
物联网的发展趋势和未来展望
IMS在物联网领域的发展前景和挑 战
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
IMS在物联网领域的应用场景和优 势
与其他组件的关系：媒体服务器与CSCF（呼叫状态控制功能）和MRFC（媒体资源功能控制器） 等其他IMS组件密切配合，实现多媒体通信的控制和管理。
发展趋势：随着5G技术的普及，媒体服务器将进一步集成和优化，支持更高质量的多媒体传输 和处理。
PART THREE
定义：控制层是IMS的核心网络架构之一，负责 实现各种控制功能，如呼叫处理、路由选择等。
添加 标题
IMS的定义：IMS是一种基于IP的多媒体子系 统，它提供了一种在多种无线和固定接入方式 下提供多媒体业务的能力。
添加 标题
IMS应用于中国电信的网络架构
IMS应⽤于中国电信的⽹络架构2019-09-11摘要 IMS被认为是下⼀代⽹络的核⼼技术，也是解决移动与固⽹融合，引⼊语⾳、数据、视频三重融合等差异化业务的重要⽅式，基于此简要介绍了IMS 的基本架构，并着重介绍了其在中国电信中的应⽤及⽹络结构。
【关键词】IMS ⽹络架构中国电信随着3G 时代的到来，移动⽹络不仅只满⾜于简单的语⾳通信，⽤户还要有更丰富多彩的数据及多媒体应⽤。
⽽IMS是⼀个全球性的、接⼊独⽴⽽且基于标准的IP通道和业务控制体系，它使得基于普通因特⽹协议的终端⽤户使⽤不同类型多媒体业务成为可能。
1 IMS标准的提出IMS是IP多媒体⼦系统的缩写。
3GPP和ETSI TISPAN都是较早研究基于IMS的系统架构的国际标准化组织。
不同组织研究IMS的侧重点不同，3GPP侧重于移动⽹⽅⾯，⽽TISPAN在3GPP研究的基础上更加侧重固⽹⽅⾯来研究IMS。
IMS（IP Multimedia Subsystem）最早是3GPP在Release 5版本提出的⽀持IP多媒体业务的⼦系统，并在Release 6与Release 7版本中得到了进⼀步完善。
它的核⼼特点是与接⼊的⽆关性和使⽤SIP协议。
IMS 是⼀个基于IP的多媒体控制平台，⽀持会话类和⾮会话类多媒体业务，为未来的多媒体应⽤提供⼀个通⽤的服务平台。
3GPP版本演进如图1所⽰。
IMS是⼀个基于IP的标准系统，且不区分接⼊⽅式，它可以将语⾳和数据⽹络业务整合，⽆论是固定⽹络PSTN，ISDN，互联⽹，还是移动⽹络的GSM，CDMA。
接⼊IMS系统的各种类型的客户端都可以建⽴对等的IP通信，并能获得所需的服务质量。
此外，除了会话管理，系统还提供了保障业务所必要的功能，如注册，安全，计费，负荷控制，漫游。
总之，IMS形成IP核⼼⽹络的核⼼。
2 IMS的特点（1）接⼊⽆关性：IMS从终端到⽹络都是基于IP的，正是这种端到端的IP联通性才使IMS真正的与接⼊⽆关。
现代交换技术--第10章IMS技术
• 现有网络向下一代网络的过渡将是一个漫 长的过程，在这个过程中，电路交换网将逐 步消亡，软交换将逐步取代传统电路交换网， 最终基于IMS的下一代网络将融合各种网络 而成为一个统一的平台，在此之前，电路交 换网、软交换网和IMS将采取互通的方式长 期共存。
1．网络融合技术 2．业务融合技术 3．管理融合技术
本 章 小 结
• 本章介绍了IMS的由来、体系结构、功能 实体和接口，通过对IMS用户的标识和通信 流程的讨论，展示了IMS基于分组域提供多 媒体业务的会话控制过程。
• 通过IMS与软交换的比较和分析，展望了 IMS在网络融合、业务融合和管理融合方面 的优势。 • IMS是移动网和固定网融合比较适合的架 构，基于IMS的网络体系对移动性管理、承 载网控制、接入控制等有了清晰的关系定义。
1．P-CSCF发现流程
图10-2 P-CSCF发现流程
2．用户注册流程
图10-3 IMS用户注册过程
3．用户会话流程
图10-4 IMS漫游用户始发的会话过程
图10-5 漫游用户终结的会话过程
10.4 IMS与软交换
• IMS本质上仍属于软交换技术，但网络更 加分布化，且符合NGN 的发展方向。
第10章 IMS技术
• IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒 体子系统）是由3GPP在R5阶段引入的、 构建在分组网之上、以SIP为控制协议的多 媒体业务系统。
• IMS 基于软交换思想，实现了会话控制 和业务控制在功能上的彻底分离，使网络 架构更为开放、灵活，是业界普遍认同的 解决固移融合的理想方案和下一代网络的 核心技术之一。
3.1
10.1 概述 10.2 3.2IMS的体系结构 【案例5】百鸡问题 10.3 IMS通信流程 10.4 3.3IMS与软交换 【案例6】彩票组合 10.5 基于IMS的固移融合
IMS网络架构
IMS是3GPP在Release 5版本提出的支持IP多媒体业务的子系统，并在Release 6与Release 7版本中得到了进一步完善。
IMS是一个独立于接入技术的基于IP的标准体系，它与现存的话音和数据网络都可以互通，不论是固定网络用户(例如PSTN、ISDN、因特网)还是移动用户。
IMS的核心功能实体是呼叫会话控制功能(CSCF)单元，并向上层的服务平台提供标准的接口，使业务独立于呼叫控制。
采用基于IETF定义的会话初始协议(SIP)的会话控制能力，并进行了移动特性方面的扩展，实现接入的独立性及Internet互操作的平滑性IMS网络的终端与网络都支持SIP，SIP成为IMS域唯一的会话控制协议，这一特点实现了端到端的SIP 信令互通，网络中不再需要支持多种不同的呼叫信令，使网络的业务提供和发布具有更大的灵活性。
IMS系统架构如下：CSCF：呼叫会话控制功能（Call Session Control Function ）是一个SIP服务器，基于它所提供的功能不同，CSCF可以分为三类逻辑实体P-CSCF(代理CSCF) ：UE到网络的第一个连接点，建立同终端间的安全联盟（SA）I-CSCF(查询CSCF) ：IMS系统对外的联系点，S-CSCF分配功能，被叫S-CSCF定位功能，提供本域用户服务节点分配、路由查询以及IMS域间拓朴隐藏功能S-CSCF(服务CSCF)：在IMS核心网中处于核心的控制地位，负责对UE的注册鉴权和会话控制，执行针对主叫端及被叫端IMS用户的基本会话路由功能，并根据用户签约的IMS 触发规则，在条件满足时进行到AS的增值业务路由触发及业务控制交互HSS(Home Subscriber Server，归属用户服务器) ：存储IMS用户的签约数据、Service Profile、位置信息、鉴权信息等；也可提供传统的HLR功能：CS签约数据、PS签约数据SLF(Subscription Locator Function，签约位置功能) ：根据SIP URI定位HSS、需要访问HSS的实体均需调用、单一HSS环境不需要SLFAS(Application Server，应用服务器)：SIP AS(SIP应用服务器)IM-SSF(IP对媒体转换功能)OSA-SCS(OSA业务能力服务器)MRFC (Multimedia Resource Function Control)：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.248MRFP (Multimedia Resource Function Processor ) 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、通知音等资源MGCF (Media Gateway Control Function)：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(IMS Media Gateway)：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等资源。
IMS基本概念和网络架构
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第2章 IMS网络架构
2.1 IMS网络架构 2.2 各网元功能 2.3 IMS主要接口
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学习完此课程，您将会： 3GPP协议的发展 理解IMS网络基本架构
了解几种主要网元CSCF、 HSS、 AS、 MGCF/IM-MGW、MRFC/MRFP等的主要作 用,以及各网元之间的接口
了解IMS网络的注册过程和会话过程
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IMS基本概念
IMS是3GPP R5阶段增加的WCDMA网络中的一个子系统，在3GPP相 关协议中对IMS的描述如下：
IMS ：IP Multimedia subsystem（3GPP TS 23.002 ）
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第1章 IMS背景知识与基本概念
1.1 IMS基本概念 1.2 3GPP协议的发展
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BICC），支持ATM/IP/TDM多种承载方式； 核心网PS域网络结构和R99保持一致，主要改动在信令网可用IP承载，其他还包括一些功能 的增强的和完善；接入网则主要是对R99版本的完善和优化，没有大的功能增加；
IMS安全架构
IMS的安全架构2010-3-25一、概述IMS是一个基于IP的会话控制系统，其安全性倍受人们的关注。
随着Common IMS的提出，由于运行环境多样性的需求，使它形成了一个完整的安全体系结构。
IMS安全架构的四个部分为：▪用户终端设备，支持各类移动或固定的终端设备，包括具备IMS安全能力的或支持早期不具备该能力的用户终端设备▪信令层安全系统，支持各IMS通信实体间SIP信令和Cx接口的安全▪用户层安全系统，提供用户终端设备与各应用服务器之间的通信安全▪媒体层安全系统，即在IMS用户平面为不同用途和不同用户群提供媒体安全安全系统提供的安全服务主要包括如下：▪鉴权(实体认证)：保证通信实体身份的正确性▪完整性：数据以明码形式交换，但可以验证数据及其特性是否被改变过▪防重放：防止以重放数据的方式的非法入侵，它是完整性保护的一个特例▪机密性：数据以暗码形式交换，防止内容的泄露，这是一个可选的功能▪接入控制：防止未经容许使用网络资源二、信令平面的安全IMS是在分组网上的一个叠加系统，它对下面的分组网的依赖性很低，因此在IMS各网元间要求建立一套独立的实体认证和安全通信的约定，称为安全关联（SA）。
3GPP2的IMS信令安全结构建立了七个SA（3GPP为SA1-SA5），如图所示：▪SA1提供相互鉴权，用户设备和HSS中各存一个相同的永久性密钥，通过HSS与S-CSCF配合执行用户与网络的双向认证。
▪SA2提供用户设备和P-CSCF之间的安全链路，用于保护Gm接口。
提供数据源鉴权，即对收到数据的来源进行认证的功能。
▪SA3提供网络域内Cx接口的安全。
▪SA4提供不同网络SIP节点之间的安全，只有当P-SCSF在拜访网络(VN)时使用本安全关联，如果P-CSCF在归属网络(HN)时使用SA5。
▪SA5提供网络内部SIP节点之间的安全。
▪SA6提供HSS与外部IP网络SIP AS间的安全，与归属网络SIP AS之间采用SA3。
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服务。
S-CSCF向HSS设置 Registration Flag (registered)，并从HSS中 获取用户属性和业务信息。 最后向UE发送SIP 2XX注 册完成响应。
Cx- Query
(SM) Register Cx- Put Cx- Pull
(SM) 2xx Auth-OK (SM) 2xx Auth-OK (SM) 2xx Auth-OK
P-CSCF的地址通过静态配置获 得。用户的归属域名和IMPI也通 过静态配置获得。 携带用户选择的IMPU进行注册 尝试。 SIP注册消息中携带 Authorization Header。 SIP注册消息中不携带Security Client Header。
‘0x6F01’
EFIMPI
‘0x6F02’
EFDOMAIN
‘0x6F03’
EFIMPU
‘0x6F04’
AD ‘0x6F05’
EF
EFAPR
‘0x6F06’
ADF: Application Dedicated File EFkeys : EFimpi：
EF: Elementary File 包含CK和IK 包含用户的保密身份
S domain Home Network
Operator I IP backbone Operator X IP-CAN Home or Visited Network
DNS
Operator II Operator Y
DNS
P-CSCF
IMS Signaling PDP context
P-CSCF
1. Activate PDP Context Request
5. Activate PDP Context Accept
UE
GGSN
DHCP server
DNS server
1. PDP Context Activation Procedure
2. DHCP Query/Response
3. DNS-Query/Response
DNS
Operator II Operator Y
Operator X
P-CSCF
IMS Signaling PDP context Data Traffic PDP context
P-CSCF PDF PDF
INVITE
DNS
SGSN
GGSN
Media Plane
GGSN
IMS Signaling PDP context Data Traffic PDP context
SGSN
GGSN
Media Plane
IM-MGW
GMGW
IMS UE
CS UE
UE
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 O K
【1】 【6】
IMS AKA认证过程
P-CSCF I-CSCF HSS
(SM) Register
S-CSCF
(SM) Register
Enum DNS Enum DNS
SIP-AS
HSS
IMS domain Home Network
INVITE
S-CSCF
INVITE
I-CSCF
Signaling Plane
INVITE
I-CSCF S-CSCF
IMS domain Home Network
INVITE
I-CSCF
Operator I IP backbone INVITE IP-CAN Home or Visited Network
Early IMS认证过程
H-GGSN Radius-C
Radius-S
Activiate & Create PDP Context Accouting Request START
HSS
Key Information: Assigned IP address against msISDN or IMSI
IP-CAN Home or Visited Network
SGSN
INVITE
IMS UE
IMS UE
IMS<->CS会话流程示意
Third-Party SIP-AS Service Provider1 HSS SIP-AS
Enum DNS
IMS domain Home Network
S-CSCF I-CSCF
IMS注册流程示意
Third-Party SIP-AS Service Provider1 Third-Party SIP-AS Service Provider1 HSS SIP-AS SIP-AS HSS
IMS domain Home Network
S-CSCF I-CSCF S-CSCF I-CSCF
(SM) 200 OK (SM) 200 OK (SM) 200 OK
【4】 S-CSCF向HSS请求下载用户数 据和业务数据。完成UE临时 IMPU所在隐含注册集中所有 IMPU的注册。并向UE发送SIP 200 OK消息，完成UE注册流程。
HSS需要将该IMPU映射成 msISDN或IMSI，而后获得登记 的IP地址。 S-CSCF比较合法登记的IP地址 与SIP注册消息Received or Sent-by信息中的IP地址做比较， 如果一致，则用户合法，通过认 证。
Visited IP Multimedia System (IMS)
③
UE
P-CSCF发现流程
SGSN GGSN 2. Create PDP Context Request 3. Obtain IP addresses of P-CSCF(s) 4. Create PDP Context Response
Cx-Query/ Cx- Selection-Info
I-CSCF根据SIP注册消息中 Public User ID向HSS查询能够 提供服务的S-CSCF名字。并将 注册消息转发给该S-CSCF。
(SM) Register
Cx-MAR Cx-MAA
【3】
Cx-SAR
S-CSCF收到注册消息后，根据 Cx-SAA Public User ID向HSS查询用户 的合法登记的IP地址。
• 每个IMS用户有一个或几个IMPU－ public user identity
– – – – 功能类似于MSISDN IMPU用于通信请求中的寻址 采用两种格式：电话号码格式（E.164)和URI模式（SIP URI） 在ISIM中至少需要保存一个IMPU
ISIM 的部分结构
ISIM ADF
EFKEYS
EFdomain:
EFimpu: EFad： EFapr:
包含用户所属域的域名(SIP URI)，这个域名 可以不同于用户保密身份的管辖域
包含用户的一个或多个公开身份 包含管理数据 包含接入（查询和操作）卡数据的规则参考
UMTS网络用户的IMS接入
Gi
HSS P-CSCF SGSN
①
Home PS domain backbone
1，依靠合法分配的IP地址建立IMSI/IP/IMPU/IMPI之间绑定关系； 2，UE和P-CSCF之间没有IPsec的连接； 3，GGSN根据IMS APN(for early IMS)确定需要IP绑定；P-CSCF根据 SIP中无Authorization Header确定Early IMS流程； 4，依据IMSI衍生归属域，IMPI和IMPU。
IMS Signaling PDP context
IP-CAN Home or Visited Network
SGSN
GGSN
GGSN
SGSN
REGISTER
IMS UE
IMS UE
IMS会话流程示意
Third-Party SIP-AS Service Provider1 Third-Party SIP-AS Service Provider1 HSS SIP-AS
【2】 此时P-CSCF收到消息的没有一 致性安全保护。 P-CSCF通过根据Request-URI 路由注册消息到用户归属域的接 口I-CSCF。
P-CSCF的地址通过P-CSCF发 UE获得AUTH后，提取MAC和 现过程获得。 SQN，并自行利用共享密钥IK 计算XMAC ，判断XMAC是否 需要注册的归属域名通过ISIM中 和MAC一致，SQN是否在合理 获得。 数值范围，以辨别IMS网络是否 携带IMPI和IMPU进行注册尝试。 合法。 UE利用共享密钥和RAND计算 鉴权响应RES，并重新发起注册 过程。
BG
GGSN
Home IP Multimedia System（IMS）
BG
I/S-CSCF
PS Domain Interworking UE
IP Multimedia Domain Interworking
②
SGSN
BG P-CSCF
BG
Visited PS domain backbone
GGSN
UE
1
【1】
P-CSCF
(SM) Register (SM) Register
【2】
I-CSCF
HSS
S-CSCF
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 关键区别：
GGSN负责检查UE发出的所有 IP包，防止IP Spoofing。保证 UE使用的源IP地址是GGSN分 配的合法地址。 P-CSCF负责检查SIP注册消息 中的sent-by信息中UE填写的源 IP地址是否与IP包的实际IP地址 一致。如果有不一致，P-CSCF 在SIP注册消息中填写Received 信息（实际IP地址）。