IMS技术原理及发展趋势

2013年4月IMS技术原理及发展趋势网络二室薛淼内容提要二．IMS基本原理一．IMS概况1.IMS概述2.IMS标准三．IMS发展现状与趋势1什么是IMSIMS：IPMultimediaSubsystem(3GPPTS23.002)TheIMsubsystemcomprisesallCNelementsforprovisionofIPmultimediaservicescomprisingaudio,video,text,chat,etc.andacombinationofthemdeliveredoverthePSdomain.TheentitiesrelatedtoIMSareCSCF,MGCF,MRF,etc.asdefinedinthestage2oftheIMsubsystemTS23.228[34].SeeTS22.228[27]forsomeserviceexamplesofIMS.IP=基于IP的传输基于IP的会话控制基于IP的业务实现Multimedia=语音、视频、图片、文本等多种文字的组合在多种接入基础之上具有不同能力的终端组合Subsystem=依赖于现有网络技术和网络设备发展的系统最大程度重用现有网络系统无线网络把PS/GPRS网络作为承载网络固定网络把基于固定接入IP系统作为承载网络2IMS产生背景业务呼叫控制交换矩阵TDMTDM用户板中继板电路交换模式业务软交换TDMTDMH.248H.248媒体网关媒体网关软交换模式分组网LAN/xDSLWlan/WiMAXUMTS/CDMAIP-CANApplications&ServiceMRFCSCFIMSHSS…业务/控制/承载集中网络结构：交换机信令协议：TUP/ISUP控制与承载的分离带有明显电路交换特色：BICC/SIP-I、SIGTRAN业务/控制/承载相分离；尽量采用IETF定义的SIP对鉴权、安全、QoS等方面的增强；在NGN大的发展背景下，IMS是电信网络架构不断分离的结果3IMS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，并逐渐向FullyIMS机制过渡•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4IMS业务基本通讯类业务•VoIP•视频通话•会议电话•电信补充业务•VPMN业务•IPCentrex业务•......增强型通讯业务•即时消息•视频共享•电子白板•应用共享•......提升用户体验•呈现业务•群组管理•动态号码簿•一号通业务•……多媒体业务•多媒体彩铃•多媒体彩像•多媒体会议•......其他个性化业务•统一用户自服务•彩铃、彩像•……5IMS在网络中的位置业务层控制层--IMS传送层HSSDSLAMATMBackbonexDSLBASBTSBSCMSNodeBRNCSGSNGGSNIPNetworkUE2G3GPSxDSLSGSNGGSNPDGWLANMSWLANAccessNetworkIPNetworkGGSNAccess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/PLMNIMSMGWBTSeNodeBMSLTESGWPGWIPNetwork67IMS标准进展GSMARCSInitiativeTofacilitateanubiquitous,interoperableRCSservicethroughouttheGSMAoperatormembercoverage.RichCommunicationSuitIMS--国际主流标准组织对于下一代核心网控制架构的共同选择3GPP在R5版本引入IMS网络架构，到R7版本基本能满足IMS初期商用部署的需求；从R8开始，TISPAN和3GPP2将各自IMS研究移交至3GPPcommonIMS项目；GSMARCS组织集中了70多运营商、设备商和终端厂商联合制定具有良好的互通性和一致性的IMS业务集合；CCSA已发布了《统一IMS的功能体系架构》、《统一IMS组网总体技术要求》等行业规范；公司目前已经发布了《中国联通IMS技术体制》、《中国联通IMS系统设备技术规范》等企业规范内容提要二．IMS基本原理一．IMS概况1.IMS实体、接口与协议2.IMS编号3.IMS业务模式4.IMS基本会话流程三．IMS发展现状与趋势8IMS逻辑架构UEApplication(SIP/OSAAS,CAMELSE)ASSIPASOSA-SCSIM-SSFCSCFP-CSCFS-CSCFI-CSCFMGCFSGWBGCFSLFHSS/USPFIMSDataHLR/AuC(CS/PS)GGSNPEFMRFCMRFPIM-MGWPDF/PCRF/RACSSGSNRAN承载层控制层固网接入UEWimax/WiFiUEBASWAG/AGWCSNetworks(PSTN/SS,PLMN)业务层ISCAGCFAGPOTSPSS/PESASPDSNRANUENASSSBC业务网络主要是应用服务器，用于向IMS用户提供各种增值业务，目前在IMS域中主要有三种业务提供方式：SIP-AS提供方式、Parlay网关提供、SCP提供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，包括CDMAPS域、WCDMAPS域、WIMAX、WIFI、固定宽带接入等IMS核心网这部分是系统主要要实现的部分，主要完成IMS用户管理、网间互通、业务触发等处理，主要由P/I/S-CSCF网元、SLF/HSS、BGCF、MRFC/MRFP等网元构成互通域包含SGW、MGCF/MGW等实体，用于IMS域业务域传统的PSTN、PLMN等网络的互联互通9IMS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10IMS逻辑网元功能•CSCF(CallSessionControlFunction)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（Proxy-CSCF）的功能–IMS终端接入IMS的入口点–产生CDR话单，用户漫游/接入计费需求–提供Gm接口上的SIP压缩和完整性保护–将终端请求路由到正确的I-CSCF或者S-CSCF•I-CSCF（Interrogating-CSCF）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（Serving-CSCF）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-CSCF11IMS逻辑网元功能HSS(HomeSubscriberServer)的功能（类似于HLR）•记录每个IMS用户的用户信息和业务数据：•用户数据：–用户标识：码号（IMPIIMPU）、隐式注册组、别名组；–鉴权数据：用于认证和授权；–路由数据：支持用户注册、记录不同系统间的位置信息；–授权数据：漫游权限、锁闭标识–签约数据：业务触发规则和业务触发逻辑，采用XML语言描述(iFC)•业务数据SLF(SubscriiptionLocatorFunction)功能•在域内存在多个HSS时，用于选择用户数据存储的HSSHSSCentralizedDatabasesAAA,Profiles,…HSSS-CSCFS-CSCFI-CSCFAS12IMS逻辑网元功能•MRFC:(MultimediaResourceFunctionControl)–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.248–与S-CSCF互通，间接接受AS的控制•MRFP:(MultimediaResourceFunctionProcessor)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、会议桥等资源AccessNetworkUserEquipment(UE)IMSAppIMSAppIMSAppMRFCMRFPS-CSCFMRFPMRFP13IMS逻辑网元功能•BGCF:(BreakoutGatewayControlFunction)–为被叫出IMS网络（如：PSTN/CS）选择适当的出口点–若被叫和IMS同网，则选择本网的一个MGCF–若被叫非本网，则交给另一个网络接口的BGCF–需要维护或访问网络接口拓扑信息、出口策略数据库•MGCF:(MediaGatewayControlFunction)–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.248–IMS侧：与I/S-CSCF互通–PSTN/CS侧：SIP到BICC/ISUP协议转换•IM-MGW:(IMSMediaGateway)–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、会议桥等资源SGMGCFTDMPBXPLMN|PSTNMediaGatewaySS7MGCBGCFS-CSCFI-CSCFSIPH.24814IMS逻辑网元功能•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，按照优先级顺次触发•AS完成业务逻辑后将请求返回给S-CSCF以进行后续触发XMLsFCSIPIncomingMessagesFilterCriteriaHSSOriginatingorTerminatingFiltersInitialFilterCriteria(iFC)DownloadatRegistrationSIPOutgoingMessagesSPTFApplicationServerApplicationServerApplicationServerFFS-CSCFSIPSIPSIPXMLiFCSubsequentFilterCriteria(sFC)DynamicupdateRouting15iFC(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IMS逻辑网元功能•SBC:SessionBorderControl–位于IMS核心网络边缘，作为IMS核心网的信令代理和媒体代理，主要目的是隔离接入网和IMS核心网，实现公私网穿越、NAT穿越、防火墙穿越、QOS控制、网络安全等功能•DNS、ENUMServer：–DNS(DomainNameSystem)：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DNSServer，也可直接在网内新建DNS服务器–ENUM(E.164NumberURIMapping)服务器负责电话号码到URL的转换•策略和计费控制—策略控制、基于流的计费和关于业务数据流的事件报告—策略和计费规则功能PCRF、策略和计费执行功能PCEF、应用功能AF、用户签约数据库SPR、在线计费系统OCS和离线计费系统OFCS。16IMS接口协议•SIP–在IETF定义