IMS技术原理及应用介绍

R4软交换是基 于用户 MSISDN和 MSRN号码的 路由机制
IMS网络采用 类似互联网的 路由机制，路 由更加扁平化
采用TEL的 编号规则
IMS采用SIP URI用户码 号、保持与 互联网业务 体验一致性
R4软交换网络 QoS保障机制主 要针对话音类窄 带业务
核心控制协议 :SIP
数据操作协议 :Diameter
媒体网关控制： H.248
IMS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SIP URI和TEL URI共用的 编号规则
6 Diameter
5
7
I-CSCF
S-CSCF
SIP
AS
8 SIP P-CSCF
Called Party Visited Network
Backbone Packet Network
11 10 9 Access
IMS到CS互通流程
1 IMS用户发起会话请求，消息到达S-CSCF 2 S-CSCF从HSS下载用户数据（可选） 3 S-CSCF触发业务，AS进行业务逻辑控制 4 S-CSCF将会话请求转给BGCF，BGCF选择MGCF 5 MGCF控制MGW为会话在CS域分配中继 6 双方进行资源协商和预留
NAT/ALG设备：
对于企业IP私网内的SIP终端，进一步要求NAT(Network Address Translation)、防火墙设备具备 ALG(Application Level Gateway)功能，以对IMS SIP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
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-CSCF
I-CSCF
I-CSCF（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-CSCF
S-CSCF（业务会话控制）的功能
IMS用户注册认证 业务触发和控制
P-CSCF根据SIP中无 Authorization Header确定 Early IMS流程
不同IMS域之间的基本会话流程（漫游）
1 用户发起会话请求，消息到达S-CSCF 2 S-CSCF从HSS下载用户数据（可选） 3 S-CSCF触发业务，AS进行业务逻辑控制 4 S-CSCF通过DNS得到被叫所在IMS域的I-CSCF
SLF功能 在域内存在多个HSS时，用于选择用户数据存储的HSS
AS
HSS
HSS S-CSCF
S-CSCF
I-CSCF
HSS
HSS
HSS
SLF
MRF——媒体资源管理
MRF（媒体资源功能）的功能 包括 MRFC 和 MRFP 两部分，提供的主要功能如下：
MRFC（Multimedia Resource Function Controller） 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
IMS AKA
HTTP Digest
Early IMS
方案描述：五元组(IMPI, RAND, AUTN, IK, CK)双向 认证方式。S-CSCF和PCSCF分别保留XRES， IK\CK，UE接收（ IMPI,RAND,AUTN）三元组 ，依据参数对网络认证，并 反馈鉴权响应与S-CSCF所 存XRES比对，完成注册
8 会话请求被路由到IMS用户 9 双方进行资源协商和预留 10 对被叫用户振铃 11 被叫用户应答，会话建立
Called Party Visited or Home Network
9 Access
P-CSCF
Backbone Packet Network
Called Party Home Network
5 I-CSCF通过HSS查询得到被叫用户注册的S-CSCF
6 S-CSCF从HSS得到被叫用户的用户数据 7 S-CSCF触发业务，AS进行业务逻辑控制 8 会话请求被路由到被叫用户 9 双方进行资源协商和预留 10 对被叫振铃 11 被叫用户应答，会话建立
Control Bearer
Calling Party
只认证用户，不认证网络， 试点阶段采用此方式
方案描述：GGSN向HSS里 写入UE的IMSI，MSISDN， IP地址，待UE发起注册时， 由S-CSCF从HSS获得，用以 鉴权
应用场景：
针对不支持ISIM卡和IPsec的 终端：普通GPRS手机
要求终端能够根据USIM中的 用户信息来生成公有用户标 志和私有用户标志
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
IMS与 R4软 交换对 比分析
MSCs HLR MGW
IMS网元数目增 加、实现控制 与业务分离
核心控制协议 :BICC
数据操作协议 :MAP
媒体网关控制： H.248
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
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
HSS S-CSCF
P-CSCF（代理会话控制）的功能
S-CSCF
IMS终端接入IMS的入口点
S-CSCF
产生CDR话单，用户漫游计费需求
Incoming
SIP
Messages
S P T
S-CSCF
AS
AS
AS
SIP
SIP
SIP
R
o
F
F
F
u t
i
Originating or Terminating Filters
n
Filter Criteria
g
SIP Outgoing Messages
IMS网络中其他网元
PDF(Policy Decision Function) &PEP(Policy Enforcement point) ：
7 MGCF向被叫用户发送IAM 8 对被叫用户振铃 9 被叫用户应答，会话建立
Control Bearer
Calling Party Visited or Home Network
1 Access
P-CSCF
Backbone Packet Network
Calling Party Home Network
MGCF&IM-MGW的功能
MGCF（ Media Gateway Control Function） 实现IMS核心控制面与PSTN或PLMN CS的交互 通过H.248控制IM-MGW完成PSTN或CS TDM承载与 IMS域用户面的实时转换
IM－MGW （IMS-Media Gateway Function ） 完成IMS与PSTN及CS域用户面宽窄带承载互通及必 要的Codec编解码变
注册流程
1
8
2
9
3
10
4
11
5
12
6
7
Backbone Packet Network
8
1
Access
P-CSCF
3 SIP
Visited or Home Network
2 DNS ENUM
HSS 4
I-CSCF
12
9 10 6
5 SIP 7
AASASS 11
S-CSCF
Home Network
IMS用户初始注册多种鉴权方式
IMS App
IMS App
S-CSCF
MRFC
MRFP MRFP MRFP
Access Network
User Equipment (UE)
BGCF\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
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IP QoS参 数传递给GGSN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；
DNS、ENUM Server：
DNS(Domain Name System)服务器负责URL地址到IP地址的解析。 ENUM(E.164 Number URI Mapping)服务器负责电话号码到URL的转换。
Home Network
HSS
2
Diameter
3
AS
SIP S-CSCF
DNS 4
Calling Party Visited Network
SIP P-CSCF
1 Access
Backbone Packet Network
RTP Stream
Called Party
HSS
Home Network
Diameter
IMS 特点
8、iFC触发机制 7、归属网络控制 6、统一的用户数据管理 5、核心功能与接入技术无关
汇报提纲
IMS引入背景及标准化进程 IMS基础原理及关键技术 基于IMS的网络演进和业务融合
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
QoS
CSCF HSS MRS IMS MGCF IM-MGW
应用场景：
面向ISIM卡终端：支持ISIM 卡的IMS手机；支持USB KEY的PC软终端
ISIM中存储用户的PUI和 PVI以及鉴权认证的参数
方案描述：采用Username 和Password的简单认证形式
应用场景：
传统SIP终端，无卡智能终 端，PC，SIP IAD
SIP IAD以设备的MAC地址 为用户名，烧录的密码进行 认证
S-CSCFBiblioteka BGCFI-CSCF
SIP
MGCF
H.248
Media Gateway SG
SS7 PLMN|PSTN
AS应用服务器——业务逻辑处理
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
HSS
XML iFC
MRFP（ Multimedia Resource Function Processor） 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）
可依据实际情况，单独设置或与AS合设
IMS App
HSS
AS
9
2
Diameter3 SIP
8
4
6
7
SIP
S-CSCF SIP
BGCF
SIP
MGCF BICC
CS
5 H.248
PCM
RTP Stream
MGW
CS到IMS互通流程
1 CS用户发起会话请求 2 MGCF为会话分配中继 3 MGCF向被叫用户发送INVITE消息 4 I-CSCF查询HSS得到被叫用户注册的S-CSCF 5 I-CSCF把请求转给S-CSCF 6 S-CSCF从HSS下载用户数据（可选） 7 S-CSCF触发业务到AS，AS进行业务逻辑控制
Diameter的可扩 展性优于MAP协 议
R4软交换目 前仅支持移 动接入
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
话音及补充业务由 交换机提供； 采用智能网提供增 值业务
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
P-CSCF
会话路由
HSS\SLF——用户数据管理
HSS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
IMS技术原理及应用介绍
2009.09
IMS逻辑实体分类
会话控制 和路由
用户数据管理、 认证鉴权
媒体资源 （MRF）
业务控制
互通功能
P-CSCF S-CSCF I-CSCF
HSS SLF
MRFC MRFP
AS
IMS网元功能的逻辑架构，可根据实际部署需要，进行合设
MGCF BGCF MGW
HSS
AS
11
7 SIP 6 Diameter 4
10
8
5
3
1
SIP
S-CSCF SIP
I-CSCF
SIP
MGCF BICC
CS
2 H.248 PCM
RTP Stream
MGW
总结－－IMS的特点
1、利用互联网成熟协议 2、下一代网络核心架构 3、分布、开放的体系结构 4、开放的业务控制接口ISC