IMS技术原理及应用

IMS技术原理及应用网络部陈曾胜2009年3月提纲IMS概念及引入背景IMS原理介绍IMS业务应用CM-IMS演进方案IPMultimediaSub-systemIMS概念及引入背景运营商的期待Telefonica,KPN,TDCDenmark,BellSouth,AT&TO2,Teliasonera,DoCoMo,T-Mobile,CSL,SprintBT,FT,Cingular/AT&T运营商所处的竞争环境不同，不同运营商面临的挑战不同，所具备的竞争性资源和能力不同，直接影响其对新业务的不同期待受移动替代和VoIP的威胁，多数运营商首先关注于低成本的IP语音类新业务固网运营商多数运营商面临差异化竞争的压力，期望可以发掘出继当年SMS之后的新的“杀手级服务”移动运营商面临多方面挑战，多数运营商聚焦于自身全业务运营的竞争优势，首先发展多网接入的融合服务全业务运营商引入IMS的驱动力最原始的驱动力---最终用户对创新业务的需求IMS业务全业务竞争环境融合业务需求业务网络架构发展的要求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)下一代网络架构的核心作为移动和固定接入融合的统一架构，IMS是未来电信网进一步发展和演进的方向IMS是个开放的网络架构，提供了基于IP承载的、以SIP（SessionInitiationProtocol)为核心控制协议的、与接入无关的IP多媒体业务控制能力。全新的IP多媒体业务形式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支持多种固定及移动接入方式移动接入：2G\3G\LTE等固定接入：LAN、WLAN、xDSL、xPON等接入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更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IMSIMS的发展历程（1）R8200720083GPP/TISPAN/3GPP2已联合制定CommonIMS标准IMS的发展历程（2）•3GPP标准的R8版本已经完成，同时R9版本的制定工作已启动•TISPAN标准的R1已经完成，后续工作均转移至3GPP•为保证标准的一致性，经过各标准化组织之间的协调，在3GPP中统一开展CommonIMS相关的标准化工作国际方面•CCSA的IMS系列行业标准已基本冻结，如《统一IMS的需求（第一阶段）》、《统一IMS的功能体系架构（第一阶段）》、《统一IMS组网安全要求》等国内方面IMS最早由3GPP提出，为在移动通信网络上提供多媒体业务，后被业界广泛认同，逐渐扩展为适用于固定宽带、cable等多种接入方式的统一核心控制网络IMS相关运营商和厂商现状运营商方面全球已经部署了一百多个IMS试点和试商用网络，其中AT&T、Vodafone、BT、Orange/FT、TelecomItalia、匈牙利电信等已部署了正式商用网络。中国电信已进行了多处试点，2008计划向集团用户推出基于IMS的统一通信业务。中国网通在北京部署了IMS商用网络，主要为高端企业用户提供IP多媒体服务。设备商方面在产品方面，各主流电信设备厂家均能提供符合3GPPR6版本的IMS系列产品，经前期调研和测试，产品已基本成熟。设备商已经具备端到端的业务解决方案能力。IMS已被业界接受为全业务网络解决方案提纲IMS概念及引入背景IMS业务应用CM-IMS演进方案IMS原理介绍IPMultimediaSub-system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MRFPCSCFI-CSCFS-CSCFP-CSCFMRFCBGCFPSTN/PLMN互通MGCFPSTN/PLMNIMSMGW主要网元功能I-CSCFS-CSCFIMS逻辑实体分类用户数据管理、认证鉴权HSSSLF会话控制和路由P-CSCFS-CSCFI-CSCFMRFCMRFP媒体资源（MRF）互通功能MGCFBGCFMGW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（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-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会话路由HSSS-CSCFP-CSCFS-CSCFS-CSCFI-CSCF网元名称全称功能HSS归属用户服务器存储每个IMS用户的用户信息和业务数据；SLF签约定位器在域内存在多个HSS时，用于选择用户数据存储的HSS；MRF媒体资源功能包括MRFC(媒体资源控制功能)和MRFP（媒体资源处理功能）两部分；负责铃音与录音通知的播放、会议的媒体流处理、编解码转换；BGCF出口网关控制功能将用户的会话路由到正确的PLMN\PSTN网络1.与本网用户互通，选择能路由至被叫网络的MGCF；2.与其他运营商互通，选择与其他运营商的BGCF互通；MGCF&MGW媒体网关控制功能&媒体网关实现与CS域互通时信令与承载的转换；AS应用服务器业务的触发和执行；ENUM/DNS电话号码映射/域名服务器ENUM/DNS供CSCF查询，转换TELURI为SIPURI，将电话号码与在DNS（域名服务器）系统中公布的因特网地址相连接用于路由；其他网元功能SGSNGGSNPDP上下文激活请求PDP上下文请求PDP响应（P-CSCF地址）UE获得P-CSCF地址PDP激活响应（P-CSCF地址）流程示例：IMS入口点发现P-CSCF入口点发现两种方式GPRSPDP上下文方式DHCP_ServerDNSDHCP请求DNSSRV\A查询UEDHCP响应（UE_ip,P-CSCFFQDN,DNSip）DNS响应（P-CSCFip）DHCP+DNS方式流程示例：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1111ASIMS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•业务能力：•能够成熟地提供传统话音及补充业务•能够提供基于SIP的多媒体会话业务，但是标准化程度不高•控制能力：•不具备固网移动统一控制的能力•提供多媒体会话业务的灵活性不够•网络架构：•架构封闭，网元之间的耦合性较强•不支持固定移动多种方式的统一接入•漫游及QoS控制能力：•不具备•标准化程度：•标准化程度较低，多厂家互通存在问题固网软交换•业务能力：•能够提供传统话音及补充业务•能够提供IMS与CS融合的业务能力•IMS业务的国际标准成熟•控制能力：•具备固网移动统一控制的能力•提供多媒体会话业务的灵活性较强，具有灵活的业务触发机制•网络架构：•架构开放，网元间采用标准的协议接口•支持固定移动多种方式的统一接入•漫游及QoS控制能力：•具有漫游和QOS控制能力•标准化程度：•设备及业务标准化程度较高，互通较好IMSR4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IMS主要特征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统一的QoS和计费策略控制机制提纲IMS原理介绍IMS业务应用CM-IMS演进方案IPMultimediaSub-systemIMS概念及引入背景基于SIP协议适合开展的业务业务业务特性业务控制协议话音电话会话SIP视频电话会话SIP即时消息会话SIP流媒体会话RTSP网页浏览非会话HTTP下载非会话HTTPSIP协议适合于会话（Session）型的IP多媒体业务会话：SIP具有会话控制能力(建立/修改/更新/拆除)多媒体：SIP消息中携带的SDP(会话描述协议)具有协商的媒体类