1、IMS 网络架构及原理介绍CM-IMS 系统架构及网元功能AS：业务平台CSCF:核心控制网元，完成用户注册鉴权、业务触发、会话路由、紧急呼叫MGCF/IM-MGW:互通设备，与软交换网络互通HSS：IMS 用户数据管理SBC：CM-IMS 网络接入点，提供 NAT 穿越、SIP 信令防火墙、媒体控制功能ENUM/DNS：寻址设备，负责码号翻译和域名解析SIP GW/IAD/AG/IP PBX：CM-IMS 接入设备，用于接入各类终端（传统话机、SIP 话机、PC 客户端等）CM-IMS 核心网CSCFMGCFHSS接入设备SAE企业 POTSSIP GWIP PBX SIP 电话/POTS
2、AG/IADPOTSPC 客户端POTSAS 软交换WLANTDM PBX终端SBCGMSSSCPMSSMGWCMNHLRSTP信令网ENUM/DNSIM-MGWGMGWCM-IMSCM-IMS 系统架构及网元功能系统架构及网元功能类比称呼CM-IMS 网元软交换网元类比区别核心控制网核心控制网元元CSCFMSSCSCF 为 IMS 最重要的核心控制网元，负责会话控制、业务触发和会话路由，与 MSS 区别在于：MSS 含基本语音处理功能，CSCF 不含语音业务处理逻辑媒体网关媒体网关SBCMGW(SG)SBC 承担 SIP 信令和媒体的汇聚，与 MGW 区别在于：SBC 负责 SIP 信令处理
3、、媒体控制、防火墙等功能，MGW 不具备，MGW 仅负责信令转换和媒体承载功能互通设备互通设备MGCF/IM-MGWGMSS/GMGW两类设备功能类似，均为网络互通设备，后期两网元将合设信令汇接信令汇接无CMNIMS 基于 IP 路由，决定了 IMS 网内路由可不依赖号段寻址，不需类似 CMN 的信令汇接用户数据管用户数据管理设备理设备HSSHLR同为用户数据库管理设备，区别在于：HLR 仅存用户数据，HSS 可存储固定+用户数据寻址设备寻址设备ENUM/DNSSTPIMS 基于 DNS 寻址，CS 域基于 GT 或 DPC+SSN 寻址，需要进行 STP 信令转接业务平台业务平台ASSCPI
4、MS 业务功能由 AS 完成IMS 采用顺次触发多个 AS 执行业务逻辑；SCP 仅能进行单次触发接入设备接入设备业务层控制层传送层 IMS 逻辑架构HSSDSLAMATMBackbonexDSLBASBTSBSCMSNode BRNCSGSNGGSNIP NetworkUEEDGE3G PSxDSLATMSGSNGGSNFRPDGWLANMSWLANAccess NetworkIP NetworkGGSNAccess多种接入方式AS SIPAS SIPAS SIPIMS SSFCAMEL多种业务提供方式会话控制MRFPCSCFI-CSCFS-CSCFP-CSCFMRFCBGCFPSTN/PL
5、MN 互通 MGCFPSTN/PLMNIMSMGWCM-IMSCM-IMS 逻辑组网图逻辑组网图I-CSCFS-CSCFP-CSCFMGCFIM-MGW/SGWSBCBGCFHSSSLFSIP ASMnBICCISUPPLMN/PSTNMwMgCxCxDxDxMiMgUtShSCPUEISCLANWLANxDSLPONTD-SCDMAGmDhGmE-CSCFMwMwMRFCCrMjSIP ASISCShDhMwMgMRFPMpENUM/DNSCCFOMCSBC/P-CSCFMwMwMwVIGMjIMSIMS 网元逻辑实体分类网元逻辑实体分类 用据管理、户数认证鉴权HSSSLF控制会话和路由P-
6、CSCFS-CSCFI-CSCFMRFCMRFP媒体源资（M RF）互通功能 MGCFBGCFMGW控制 业务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C SC F（Call Session Control Function，呼叫会话控制功能），是 I M S系统的呼叫控制核心，它的主要作用是在 I P 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-C SC F（Proxy CSCF，代理会话控制）的功能I M S终端接入 I M S的入口点产生 C D R话单，用户漫游计费需求提供 G m接口上的 SI P压缩和完
7、整性保护将终端的请求路由到正确的 I-C SC F或者 S-C SC FI-C SC F（Interrogating CSCF，查询会话控制）的功能在 I M S终端注册时，为用户分配提供服务的 S-C SC F为来话选择被叫注册的 S-C SC FS-C SC F（Serving CSCF，业务会话控制）的功能I M S用户注册认证业务触发和控制会话路由HSSS-CSCFP-CSCFS-CSCFS-CSCFI-CSCFH SS/SLF 用户数据管理H SS（Home Subscriber Server,归属用户服务器）的功能（类似于 H LR）记录每个 I M S用户的用户信息和业务数据：用
8、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 XM L 语言描述SLF功能(Subscri pti on Locati on Functi on,签约数据定位功能)在域内存在多个 H SS时，用于选择用户数据存储的 H SS。HSSCentralizedDatabasesAAA,Profiles,HSSS-CSCFS-CSCFI-CSCFASMRF 媒体资源管理 M RF（Multimedia Resource Function，媒体资源功能）的功能包括 MRFC(Multimedia Re
9、source Function Controller,媒体资源控制器)和 MRFP(Multimedia Resource Function Processor)两部分，提供的主要功能如下：铃音与录音通知的播放会议的媒体流处理（混音等）编解码转换D TM F信号处理可依据实际情况，单独设置或与 AS合设AccessNetworkUserEquipment(UE)IMS AppIMS AppIMS AppMRFCMRFPS-CSCFMRFPMRFPSGBGCF/M GCF 互通功能BG C F的功能将用户的会话路由到正确的 PLM N PSTN网络与本网用户互通，选择能路由至被叫网络的M G C
10、 F与其他运营商互通，选择与其他运营商的 BG C F互通M G C F&I M-M G W的功能实现与 C S域互通时信令与承载的转换MGCFTDMPBXPLMN|PSTNMediaGatewaySS7MGCBGCFS-CSCFI-CSCFSIPH.248AS 应用服务器业务触发和执行IMS 业务触发在 S-CSCF 实现业务触发通过 iFC（Initial Filter Criteria）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SCIM：业务融合实体、防止业务冲突XMLsFCSIPIncomingMessagesFilter CriteriaHSS
11、Originating or Terminating FiltersInitial Filter Criteria(iFC)Download atRegistrationSIPOutgoingMessagesSPTFApplicationServerApplicationServerApplicationServerFFS-CSCFSIPSIPSIPXMLiFCSubsequent Filter Criteria(sFC)Dynamic updateRouting提纲IMS 基本介绍IMS架及原理介网络构绍云南 IMS 现状架网络构技特点术流程关键IMSIMS 中的接口协议中的接口协议SIP(
12、Session Initiation Protocol，会话初始化协议)在 IETF 定义（RFC 3261），3GPP 做了些增强；用于大部分 IMS 接口，文本编码，遵循应用层三次握手原则；（INVITE/200 OK/ACK）功能：完成呼叫的路由和接续。Diameter用于 HSS 对外的接口和策略控制接口，完成用户数据的查询及同步等操作，包括：CxDx(HSS-CSCF),Sh(HSS-AS)，Dh 等；实现 QoS 和计费策略的交互和执行，包括：Gq（P-CSCF-PDF）接口。RTPRTCP媒体面信令，传输各类媒体流。IMSIMS 业务触发流程业务触发流程INVITEINVITEI
13、 FC(I ni ti al Fi l ter Cri teri a)，定了义S-CSCF 上的配置和，即：定业务触发规则义一些件（触发条Tri gger Poi nter），当送的发来SI P消息足些件的候，通满这条时匹配过I FC，就可以把些这SI P消息，转发至正确的 AS 上Trigger point:Method=INVITE“&PAI=“64761033”&M=“audio”S-CSCFASHSSIMSIMS 业务触发方案参考业务触发方案参考业务名称 FC 中的 SPT 设置条件语音语音(Method=INVITE)AND(Line=m Content=.*audio.*)视频视频
14、(Method=INVITE)AND(Line=m Content=.*video.*)POC(Header=User-Agent Content=.*PoC.*)即时消息即时消息(Method=MESSAGE)或（或（(Method INVITE)AND(line=”m”content=”*msrp*”)）呈现呈现(Header=Event Content=.*presence.*)多媒体会议多媒体会议(Method=INVITE)AND(RequestURI=.*conference-factory.*)AND(tDirectionOfRequest=ORIGINATING_SESSION
15、)i FC可以依据具体的，活，以上业务实现灵设计i FC示例供设计仅参考CM-IMS 用户码号为满足基于 IP 的寻址机制，IMS 码号采用了基于域名的编制方式考虑到用户的使用习惯，IMS 仍保留了 Tel URI 格式的码号，其 SIP URI 码号提供了未来融合办公的可能传统终端IMS 终端IMSIMSISDN电话号码用于 CS 手机用户的呼叫寻址用来唯一识别一个用户所分配的号码，仅用于用户注册IMPIVSVSIMPU私有用户标识，类似 IMSI，仅用于用户注册采用域名编码方式，通过域名标识用户归属网络，示例：SIP URI公有用户标识，和 MSISDN 相似，用于呼叫寻址的用户号码SIP
16、 URI 由用户名和域名组成，能够直接在 IMS网络路由，是 IMS 用户进行呼叫和路由寻址的实际号码，示例：sip:+Tel URI为保证和 PLMN/PSTN 用户的互通以及一致的用户体验，IMS 用户还需分配 Tel URI 格式的号码，该号码可用于拨号，但不能直接路由，需映射为 SIP URI 后才能寻址用户示例：tel:+861052686688CS 手机固定 SIP 终端PC 客户端POTS 话机手机IMSIMS 路由机制路由机制ENUM/DNSIMS 网络，采用 Internet IP DNS 寻址路由方式，与交换网 GT 翻译寻址方式不同，IMS 网络中没有信令点（SP）的概念
17、。IMS 中 SIP 信令路由基于 SIP URI，E.164 TEL URI 无法在 IMS 域路由。ENUM/DNS 供 CSCF 查询，转换 TEL URI 为 SIP URI，用于路由 (说明：ENUM（E.164 Number URL Mapping）负责电话号码到URL（域名）的转换;DNS负责URL地址（域名）到IP地址的解析。)IMS 强制使用松散路由机制，保证请求消息 Request URI 在到达目的地途中头域不改变P P P P-CSCFCSCFCSCFCSCFS S S S-CSCFCSCFCSCFCSCFENUM/DNSENUM/DNSI I-CSCFCSCFIMS
18、CoreIMS 路由机制 ENUM/DNSCM-IMS 采用端到端的全 IP 寻址，ENUM/DNS 为 CM-IMS 提供端到端的 IP 路由解析，便于与其他 IP 系统集成，减低了客户的管道成本CM-IMS 的 ENUM/DNS 为二级架构ENUM 为被叫号码提供电话号码到域名的解析DNS 为 CM-IMS 呼叫全程提供域名到 IP 地址的解析ENUMDNS+8613912345678+202.108.22.5域名IP 地址TEL URI通过两次查询完成电话号码到 IP 地址的映射CSCFCSCFSBCSBCA省省B省省一级ENUM/DNS服务器二级ENUM/DNS服务器CMNETCMNE
19、TIP专网IP专网IP专网ENUM/DNSENUM/DNSENUM/DNSIP专网专网ENUM/DNS，用于会话路由及码号翻译用于会话路由及码号翻译SBCSBCCSCFCSCFR4 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ENUMDNS协助路由、是一种基于IP 网络的路由机制采用 SIP UR
20、I 和TEL URI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Diame
21、ter 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SIP URI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注册流程P-CSCFHSSDNSENUMI-CSCFS-CSCFVisited or Home NetworkHome NetworkSIPCxSIPAS
22、ASASCxShISCBackbonePacketNetworkAccess1IMS 用户发出注册请求消息12P-CSCF 通过 DNS 得到用户归属网的 I-CSCF23P-CSCF 把注册消息转到 I-CSCF34I-CSCF 查询 HSS，为用户选择一个 S-CSCF 45I-CSCF 将消息转到 S-CSCF566S-CSCF 从 HSS 得到用户的认证信息S-CSCF 通知用户重新认证7788用户重新发起注册（1 5 步）9认证通过，S-CSCF 通知 HSS910S-CSCF 从 HSS 下载用户数据和 iFC1011S-CSCF 通知 AS 进行第三方注册1112AS 从 HSS
23、 得到用户数据（可选）1213P-CSCF 向 S-CSCF 订阅注册事件通知1314用户向 S-CSCF 订阅注册事件通知14 Implicitly Registered ID Set 3 Private User Identity 1 Public User Identity 1 Public User Identity 2 Public User Identity 3 Implicitly Registered ID Set 1 Private User Identity 2 Public User Identity 4 Public User Identity 5 Public Use
24、r Identity 6 Implicitly Registered ID Set 2 Service Profile 1 Service Profile 2 Service Profile 3 Service Profile 4 IMS Subscription IMS UserIMS UserIMSIMS 隐式注册提高注册效率隐式注册提高注册效率IMS 允许一个用户存在多个公有标识（IMPU）时，一个 IMPU 注册成功，相关的 IMPU 均注册成功，关联 IMPU 作为隐式注册集如：用户同时有 SIP URI: 和 TEL URI:+86-10-13911011345其他注册场景其他注册
25、场景重注册用户周期性的更新注册过程，以保持激活状态，类似“位置更新”，重注册时，只有一次 Register，无需 UE 和网络双向认证重认证网络侧需要缩短 Expire 时间，通知 UE 重注册第三方注册S-CSCF 匹配 UE 的 iFC，为 UE 向可能触发服务的 AS 进行注册正常注销Expire=0，S-CSCF 将向 HSS 发消息，HSS 标记为未注册状态，并由 S-CSCF 向其他订阅此消息的用户发送消息。S-CSCF 还可以在其作为被叫时，触发未注册业务网络侧注销当网元失效，用户漫游后原先网络未注销，以及防止过期用户等场景同一同一 IMSIMS 域内基本会话流程域内基本会话流程
26、Calling and CalledParty Home NetworkHSSI-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）2233 S-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 6677 S-CSCF
27、触发业务，AS 进行业务逻辑控制RTP StreamRTP Stream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1111AS不同不同 IMSIMS 域之间的基本会话流程（漫域之间的基本会话流程（漫游）游）ControlBearerCalled PartyVisited NetworkCalled PartyHome NetworkCalling PartyHome NetworkCalling Party Visited NetworkP-CSCFHSSS-CSCFSIPSIPDiameterP-CSCFASHSSS-CSCFSIPASSI
28、PDiameterI-CSCFDiameterDNSBackbonePacketNetworkAccessBackbonePacketNetworkAccess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）2233 S-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6677 S-CSCF 触发业务，AS 进行业务逻辑控制会话请求被路由到被叫用户88双方进行资源协商和预留
29、99RTP Stream对被叫振铃1010被叫用户应答，会话建立1111I M S 呼叫路由举例 I M S 用户呼叫手机用户IMS 用户呼叫本网 PLMN 用户（IMS 呼叫本地手机、省内手机、省际手机用户）P-CSCFS-CSCFBGCFMGCFSSA/TMGIMSPLMN省1IM-MGWGMSCSBCSBC省 2SSA/TMGMSCGMSCMSCMSC1.本地呼叫2.省途内长3.省际长途信令路由媒体路由I M S 呼叫路由举例 I M S 用户呼叫它网手机用户IMS 用户呼叫铁通或其他运营商用户P-CSCFS-CSCFBGCFMGCFSSA/TMGIMSPLMN省 1IM-MGWGMSC
30、SBCSBC省 2SSA/TMGGMSCGMSCMSC1.省内呼叫2.省际长途关口局关口局铁通或其他运营商信令路由媒体路由IMSIMS 中的媒体处理编解码协商与资源预留中的媒体处理编解码协商与资源预留P-CSCF-1UE 1S-CSCF-1S-CSCF-2P-CSCF-2UE 21.确定端支终持的解集合编码2.INVITE3.根据商运营策略和情网络解况检查编码4.INVITE6.INVITE8.INVITE10.INVITE5.根据用情户解况检查编码7.根据用情户解况检查编码9.根据商运营策略和情网络解况检查编码10.确定被叫支持的解编码11.SDP ANSWER12.媒体建立支持在始、程中行
31、媒体理对话开对话过进处可以在程中的添加、修改、除媒体源对话过动态删资资源预留（Precondition）机制：用于防止 SIP 信令已建立，但媒体层未准备好，产生Ghost Ring 的情形，所以需媒体层在会话建立前预留好双方媒体资源编解码协商：用于对会话双方使用的媒体组合及各媒体使用哪种编码方式达成一致I M S 到 CS互通流程ControlBearerCalling PartyVisited or Home NetworkCalling Party Home NetworkP-CSCFHSSS-CSCFBGCFMGCFMGWCSH.248SIPSIPSIPSIPBICCASDiamete
32、rBackbonePacketNetworkAccessIMS 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）2233 S-CSCF 触发业务，AS 进行业务逻辑控制S-CSCF 将会话请求转给 BGCF，BGCF 选择 MGCF44双方进行资源协商和预留66RTP Stream对被叫用户振铃889被叫用户应答，会话建立95MGCF 控制 MGW 为会话在 CS 域分配中继5PCMMGCF 向被叫用户发送 IAM77CS到 I M S互通流程Called Party Home NetworkCalled PartyVisited or Home Ne
33、tworkP-CSCFHSSS-CSCFI-CSCFMGCFMGWCSH.248SIPSIPSIPSIPBICCASDiameterBackbonePacketNetworkAccessMGCF 向被叫用户发送 INVITE 消息334I-CSCF 查询 HSS 得到被叫用户注册的 S-CSCF45 I-CSCF 把请求转给 S-CSCF56 S-CSCF 从 HSS 下载用户数据（可选）677 S-CSCF 触发业务到 AS，AS 进行业务逻辑控制8 会话请求被路由到 IMS 用户8RTP Stream9双方进行资源协商和预留91010 对被叫用户振铃22MGCF 为会话分配中继PCM1111 被叫用户应答，会话建立CS 用户发起会话请求11
