核心网技术IMS技术.docx

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核心网技术IMS技术

核心网技术

—IMS技术

第1章IMS概述与根本原理

1.1IMS的起源和标准化进程

IMS是3GPP在Release5版本上提出的可支持IP多媒体业务的子系统，它的核心特点是采用了SIP协议和与接入的无关性，可以更好地支持多媒体业务。

，这些特征使得IMS进一步获得了固定网络的青睐。

ITU-T、ETSITISPAN等以固网为主的标准组织也支持和采纳了IMS作为固定网络演进的参考结构，进一步结合IETF在SIP协议上的支持，以与OMA和ParlayGroup在OSA定义上的补充，使得IMS成为了移动和固定网络融合的最优蓝图，提供多媒体应用、支持多种接入的最优手段。

国际上关于IMS的研究主要集中在3GPP、3GPP2和TISPAN〔teles&internetconvergedservices&protocolsforadvancednetworks〕等几个标准组织。

这些组织从不同的方向进展IMS的标准化工作。

具体如下：

表1标准组织研究方向

标准组织

研究方向

3GPP

3GPP是主要由移动网络运营商和移动网络W-CDMA（UMTS）;IMS;设备提供商参与的移动网络标准化组织，主要负责第三代移动通信系统〔基于GSM演进〕的技术研究和规X制定。

UMTS定义了系列版本，有R99,R4,R5,R6和R7，并从R5开始制定IMS架构，逐步采用全IP的网络架构。

TISPAN

在FMC融合的架构研究中占据主导地位。

主要负责固定接入情况下的网络结构、固定网络演进等相关技术的研究。

3GPP2

主要负责3G的CDMA2000的技术标准〔MMD、1x-EVDO〕，与3GPP的目标十分一致，不同仅在于接入层。

ITU-T

主要关注融合的问题，主要基于TISPAN的工作。

OMA

负责多媒体业务引擎能力研究和规X制定，提供根本业务能力规X，业务设计，互操作性与集成。

IETF

与IP相关的各种规XAAA认证，RADIUS、Diameter，移动IP;SIP;MPLS;COPS；DiffServ等

IMS标准的融合：

各国际标准化组织各有分工，沿着各自不同的路线对IMS标准进展研究和推动。

2006年9月，3GPP、3GPP2、TISPAN等组织共同讨论了各个标准组织对IMS的需求和现状，取得了需要一个统一的IMS〔monIMS〕的共识。

2007年，3GPPOPAdHoc会议确定将TISPANRelease2的内容分阶段迁移到3GPPR8中，并确定了monIMSX围和研究项目。

monIMS将3GPP2/TISPAN的IMS研究成果集中到3GPP的标准中，基于统一的CoreIMS〔3GPP定义，包括了主要的功能和实体〕，同时包容所有相关的接入方式，固定接入、移动接入、Cable接入、无线宽带接入等。

如下图为monIMS的架构：

图8.1monIMS

1.2IMS的含义

1.2.1IMS系统X畴

图8.2IMS系统的组成

中国电信IMS系统由业务层、控制层、终端组成，不同层面之间采用开放接口协议，提供以IP为承载的、基于SIP协议的多媒体会话业务的控制能力和业务提供能力，支持1x/HRPD、WLAN、xDSL和LAN接入，并可以与C网电路域、PSTN/软交换系统以与其他业务系统互通。

〔1〕IMS业务层：

IMS业务的聚合点，重点完成IMS业务逻辑的提供、执行以与业务能力的抽象与开放，支持SIPAS、OSA两种业务提供方式。

〔2〕IMS控制层：

IMS控制层主要完成会话控制、资源分配、协议处理、路由、认证、计费、业务触发等功能。

IMS控制层的功能实体包括P-CSCF、I-CSCF、S-CSCF、HSS、SLF、MGCF、MGW、BGCF、ENUM/DNS等在实际组网时，一个物理设备可以包含多个不同的功能实体。

IMS控制层的主要功能实体如下：

●P-CSCF是IMS用户接入IMS网络的入口节点，主要负责信令和消息的代理。

●CSCF是各个IMS归属域的入口节点，负责用户注册S-CSCF的指配和查询。

●S-CSCF是IMS网络中的中心节点，提供注册服务、会话控制、相关的选路和业务触发等功能，并维持会话状态信息。

●HSS负责存储IMS用户的相关信息与其相关业务信息。

●IMSSBC位于IMS网络的边缘，是P-CSCF的代理设备和固定接入用户的媒体代理设备。

●BGCF主要用于IMS网络与PSTN、软交换、C网CS域互通时进展MGCF的选择。

●SLF用于当存在多个HSS设备时对HSS进展定位。

●ENUM服务器接收服务会话控制设备〔S-CSCF〕的查询，将TelURI中的E.164地址翻译成在统一IMS核心网中可路由的SIPURI。

●DNS服务器主要提供域名查询服务，P-CSCF、S-CSCF、MGCF等设备可以直接查询DNS获得被叫或注册用户归属域的I-CSCF地址。

●MGCF和IM-MGW提供IMS与PSTN、软交换、C网CS域互通时的信令控制和媒体转换功能。

●MRFC实现媒体相关的控制功能，如放音和通知、媒体编码格式转换、Ad-hoc会议等。

●MRFP提供IP网络上实现各种业务所需的专用媒体资源功能，具有资源功能、与其他实体进展通信的功能以与提供资源本身的管理、维护功能。

●IBCF和IBGF主要用于不同运营商IMS网络或IMS网络与其他SIP网络之间进展信令控制和媒体编码转换功能，同时，实现信令和媒体层面的拓扑隐藏。

〔3〕IMS终端：

接入IMS网络的智能终端，是IMS业务能力的延伸。

IMS终端可以包括：

●IMS移动终端：

指支持IMSSIP协议并且通过1x/HRPD技术接入IMS网络的移动终端；

●SIP硬终端：

指支持IMSSIP协议并且通过xDSL、WLAN、LAN接入IMS网络的终端。

该类型终端具有一定的物理形态

●SIP软终端：

指支持IMSSIP协议并且通过xDSL、WLAN、LAN接入IMS网络的一种软件客户端，通常安装在个人PC等设备上

●IMS双模终端：

指支持IMSSIP协议、支持1x/HRPD、WLAN等多种接入方式的客户端。

1.2.2IMS与软交换的定位关系

IMS网络软交换网络

图8.3IMS与固网软交换的功能定位

中国电信的软交换网络主要定位于PSTN网络的改造，以提供窄带域话音业务和相关的话音增值业务为主，同时可以为现有“我的e家〞客户提供VOIP和SIP短信的功能。

软交换网络涵盖的用户终端主要包括：

IAD、AG、“我的e家〞客户端与“我的e家〞短信客户端。

中国电信IMS网络主要定位于提供宽带多媒体业务、固网移动融合业务和多网协同业务等。

Presence、IM、群组和列表管理、PoC、视频等基于SIP的根底业务能力和应用通过IMS网络部署和提供。

中国电信IMS网络涵盖的用户终端主要包括：

SIP硬终端、SIP软终端、IMS移动终端、IMS双模终端。

对于Presence、IM、群组和列表管理、PoC等应用，可以作为根本的业务能力引擎被其它业务访问。

随着承载网络资源控制技术的成熟，对于宽带业务，可以通过IMS控制层和固定/移动承载资源控制层的配合，保证业务的服务质量。

1.2.3IMS业务层的功能架构

IMS业务平台的功能架构见图5-3，包括IMS业务提供平台和IMS业务管理平台两局部。

IMS业务提供平台支持SIPAS、OSA两种业务提供方式；IMS业务管理平台提供IMS业务管理功能，包括：

用户管理、业务管理〔用户业务的开通、受理等〕、Portal、计费批价、统计分析、第三方的业务的认证鉴权等。

IMS业务管理平台应统一纳入到集团综合业务管理平台中，IMS业务提供平台与集团综合业务管理平台的接口协议要求参见ISMP相关技术规X。

图8.4IMS业务层功能架构

1.2.4中国电信IMS网络的业务提供方式

中国电信IMS采用两种业务提供方式。

〔1〕基于SIPAS的业务提供方式。

适合于提供与SIP/XCAP协议严密结合的、对业务实时性和大规模网络应用性能要求较高的业务。

局部AS〔例如：

IM、呈现、POC、群组〕可以作为根本的业务能力引擎〔Enabler〕对外开放。

所有SIPAS、OSASCS都可以通过标准接口访问业务能力引擎，提供组合业务。

〔2〕基于OSA的业务提供方式。

适合于提供面向第三方开放的、多应用业务共用通用业务能力的应用业务。

该方式也可以实现中国电信自营的应用业务。

1.3IMS核心层设备功能

1.3.1S-CSCF

●用户注册和注销

S-CSCF应能处理IMS用户来自归属或拜访网络经过P-CSCF转发的注册请求，并记录UE的IP地址以与被UE用作IMS入口的P-CSCF地址，向归属用户数据库〔HSS〕更新用户信息。

支持注册过程中根据用户的公有标识〔IMPU〕导出私有标识〔IMPI〕；

S-CSCF应可灵活设置注册请求中存亡周期上限/下限值，对小于下限值的注册请求应参照协议正确处理。

S-CSCF应支持第三方注册功能，在用户注册成功后，根据iFC规如此，向应用服务器发起注册。

支持用户注册状态订阅和通知，支持UE、P-CSCF和应用服务器对用户注册状态的订阅，用户注册状态发生变化时，S-CSCF需要通知订阅了用户注册状态的相关设备。

支持隐式注册，实现多地址关联，并支持对不同公有标识的区分服务。

支持用户和网络发起注销，监视用户注册存亡周期并能对超时未重新注册的用户解除注册。

当已注册用户从新的Contact地址发起注册请求〔IMPU/IMPI与已注册用户一样〕时，根据运营策略，S-CSCF应能拒绝新注册请求或用新Contact地址覆盖现有Contact地址，并通知现有Contact地址的终端注销。

S-CSCF具备注册服务器功能，具体要求参见《中国电信IMS网络SIP协议总体技术要求》。

●用户认证与授权

S-CSCF应能与HSS配合对所管辖区域内的IMS终端用户进展认证与授权，以防止非法用户/设备的接入。

S-CSCF对所有的初始注册消息发起挑战401，要求鉴权；对经过IPSecSA保护通道发送的重注册和注销消息，不要求重新鉴权；未经IPSecSA保护通道发送的所有后续注册消息，均需要重新鉴权，S-CSCF重新发起挑战。

S-CSCF通过integrity-protected参数判定消息是否经过IPSecSA通道保护。

S-CSCF对鉴权方式不进展判别，鉴权方式以HSS返回的信息为准，S-CSCF只根据HSS返回的鉴权方式和鉴权参数进展鉴权操作。

S-CSCF应支持以下用户鉴权方式：

〔1〕通过IMS认证和密钥协商〔AKA〕机制来认证用户，实现UE和归属网络间的相互认证。

对于移动终端，基于R-UIM智能卡〔含ISIM应用〕进展鉴权。

〔2〕通过HTTPDigestMD5机制实现用户认证。

根据用户某某和密码进展用户认证。

采用AKA鉴权方式时，应支持一次向HSS请求多组鉴权向量，S-CSCF可存储的AKA鉴权向量组数量可设置。

S-CSCF中存储的鉴权向量不允许重复使用。

●会话控制

S-CSCF可以为多媒体业务会话的建立、维持和释放提供控制功能，包括呼叫处理、连接控制和增值业务呼叫检出触发等。

执行媒体协商，能够检查会话描述协议〔SDP〕净荷的内容，当被提议的SDP所包含的媒体类型和编码不允许提供给用户时，S-CSCF应能拒绝该请求并给用户发送报错消息。

S-CSCF应具备对呼叫后续请求消息指定路由的功能；支持ReINVITE会话请求，包括移动/固定UE发起和终结的情形；

支持已建立会话的周期更新，更新周期应可配置。

支持以下情形的会话发起：

〔1〕支持初次INVITE〔InitialINVITE〕

〔2〕支持后续请求〔SubsequentRequest〕，包括UE发起和终结的情形。

〔3〕当服务于源端时

根据目的端的名称〔如或SIPURL〕从ENUM或DNS数据库中获得服务此用户的运营商的I-CSCF地址，如目的端与源端属于不同运营商时，将SIP请求或响应转发给服务目的端的运营商的I-CSCF。

如目的端与源端属于同一运营商，将SIP请求或响应转发给本运营商的某个I-CSCF。

根据HSS和业务控制交互，确定用户将通过CS域承受会话请求时，转发SIP请求或响应给BGCF以路由话路到PSTN或CS域。

支持ENUM查询以完成到SIPURL的转换。

〔4〕当服务于目的端时

判断被叫用户是否已注册，如未注册如此直接从HSS下载相关IMS根本签约信息。

当与源端用户在同一网络时或漫游用户归属网络未采用I-CSCF转发机制时，转发SIP请求或响应给注册时记录的P-CSCF。

当漫游用户归属网络采用I-CSCF转发机制时，转发SIP请求或响应给I-CSCF。

支持以下情形的会话释放：

〔1〕支持S-CSCF发起的会话释放，如由于注册生命期超期、会话定时器超时或其他异常情况等；

〔2〕支持其他实体发起的会话释放。

S-CSCF应具备代理服务器、注册服务器和UA功能，具体要求参见《中国电信IMS网络SIP协议技术规X》。

●业务触发

S-CSCF应根据从HSS获取的用户签约信息执行IMS签约触发规如此。

在业务触发点条件满足时进展到SIPAS/OSA〔OpenServicesArchitecture〕SCS的增值业务触发。

S-CSCF应能区分本管理域的用户发起和终结的会话请求，对于本管理域用户发起的会话请求进展主叫侧的iFC匹配检查和业务触发；对于本管理域用户终结的会话请求进展被叫侧的iFC匹配检查和业务触发。

S-CSCF在进展主叫侧的iFC匹配检查和业务触发时，应在完成所有匹配iFC的主叫业务触发后，再把会话路由到下一网络节点。

S-CSCF在进展被叫侧iFC匹配检查和业务触发过程时，当AS返回的RequestURI域发生改变时，S-CSCF应停止iFC匹配和业务触发，直接把会话路由到下一网络节点。

支持被叫为未注册IMS用户时iFC匹配检查和业务触发。

当HSS返回的应用服务器列表多于1个时，根据HSS的数据定义中AS的触发顺序，S-CSCF应支持业务的顺序触发，前一个应用服务器返回的结果可以作为下一个应用服务器触发的输入。

HSS返回的应用服务器可以是SIPAS和OSASCS的任意组合。

S-CSCF应能防止同一业务的重复触发。

支持中国电信集团公司技术标准〔Q/CT2099-2008〕《IMS网络设备技术要求〔暂行〕》附录D“中国电信IMS业务触发机制〞对S-CSCF的业务触发要求。

●用户数据处理

S-CSCF应支持用户数据的下载与更新等处理功能。

在注册过程中或在处理去往一个未注册用户的会话请求时，从HSS下载用户信息与与业务相关的数据。

S-CSCF应能根据来自HSS的用户数据更新请求，进展用户数据的更新。

用户注销时，S-CSCF应能根据需求，删除用户注册时存储在本地数据信息用户注册状态为“NotRegister〞。

●计费功能

S-CSCF应支持在线计费和离线计费的方式。

根据需求，S-CSCF能定义触发ACR〔S-CSCF和CDF接口上的计费请求消息〕的SIP方法。

S-CSCF既能支持会话计费功能〔即根据会话相关SIP方法触发ACR，也能支持事件计费功能〔即基于事件触发ACR〕。

S-CSCF支持与在线计费系统进展通信，支持会话计费和事件计费功能，OCS系统根据来自S-CSCF的请求进展计费。

S-CSCF和IMS-GWF提供在线计费功能。

根据中国电信运营需求，遵循《中国电信在线计费系统OCP接口规X》，支持通过OCP接口与中国电信OCS系统的连接。

●地址解析/路由功能

S-CSCF应支持TELURI和SIPURI地址的处理。

S-CSCF应可以与DNS以与ENUM服务器配合，完成E.164地址至IP地址、域名地址至IP地址的转换功能。

S-CSCF查询ENUM服务器时，假如ENUM服务器返回的结果为SIPURI，S-CSCF应把返回结果送往DNS进展查询，根据DNS返回的I-CSCF地址路由到I-CSCF。

在FORKING的情况下，支持串行寻址、并行寻址功能。

S-CSCF应支持公有业务标识〔PSI〕的路由。

●业务提供

应配合应用服务器提供呈现类业务，支持用户注册状态的订阅和更新。

业务定义参照《中国电信IMS业务技术要求—呈现〔Prensence〕业务》。

●协议处理

S-CSCF支持Diameter、SIP以与DNS/ENUM查询协议的处理。

S-CSCF应支持SIP协议，具备代理服务器、注册服务器和UA等功能，具体要求见《中国电信IMS网络SIP协议总体技术要求》。

S-CSCF应支持Diameter协议与HSS进展数据交互，以与进展计费信息传送。

S-CSCF支持DNS/ENUM查询协议，进展E.164翻译和域名地址翻译。

●合法侦听

S-CSCF应满足信产部相关规X要求，对IMS用户的实施合法呼叫侦听。

●互通功能

与其他设备配合，完成与R4电路域的用户以与交换网、软交换网络等现有网络的业务互通。

1.3.2I-CSCF

●注册功能

当用户向网络发起注册请求时，I-CSCF具备为用户选择S-CSCF的功能。

具体实现是I-CSCF收到用户注册消息后向HSS发起查询请求，并根据HSS返回的信息选择S-CSCF：

1.如果HSS返回用户归属的S-CSCF，I-CSCF向该S-CSCF转发注册消息。

2.如果HSS返回用户的能力集，I-CSCF根据预先配置的能力集与S-CSCF的对应关系表完成S-CSCF的选择，并向该S-CSCF转发注册消息。

I-CSCF可配置用户能力集与S-CSCF的对应关系。

当向S-CSCF转发初始注册消息后，如果S-CSCF没有在注册消息规定的时间内返回响应，I-CSCF将进展S-CSCF重选并向重选的S-CSCF发送注册请求。

I-CSCF应支持根据HSS返回的能力集进展S-CSCF重选。

I-CSCF应能正确处理多种鉴权方式下的注册消息，根据Register消息的参数作到HSS的Diameter消息的参数适配，当I-CSCF收到的Register消息不包含Authorization参数时，能根据IMPU导出相应的IMPI。

●呼叫请求处理功能

I-CSCF收到呼叫请求消息后，应具备根据被叫用户的注册状态和业务情况进展呼叫请求处理的功能，具体要求如下：

如果被叫用户已经注册，I-CSCF收到S-CSCF发来的会话请求消息后，通过查询HSS获得被叫归属S-CSCF地址，并向该S-CSCF转发会话请求消息。

如果被叫用户没有注册，但签约了未注册状态业务，I-CSCF收到S-CSCF发来的INVITE消息后，通过查询HSS获得为处理被叫用户未注册状态相关业务分配的S-CSCF地址，并向该S-CSCF转发会话请求消息。

如果被叫用户没有注册，也没有签约未注册状态业务，I-CSCF查询HSS获得查询失败响应，I-CSCF向主叫方转发相应的失败指示。

●PSI归属AS的定位

I-CSCF支持以下PSI归属AS的定位方式：

1.DNS查询方式，通过查询DNS定位PSI归属AS的地址；

2.HSS直接查询方式，接收到HSS返回的AS地址信息后，直接将PSI的呼叫请求转发到AS；

3.HSS间接查询方式，HSS返回S-CSCF地址，I-CSCF把到PSI的会话请求转发到S-CSCF。

●互通功能

作为网络的统一入口点，I-CSCF具备承受其他IMS网络发来的会话请求，并根据向HSS查询的结果进展消息的正确转发和处理功能〔具体见6.1.2.2呼叫请求处理功能〕。

●计费功能

I-CSCF支持离线计费方式。

能根据需求定义触发ACR〔I-CSCF和CDF接口上的计费请求消息〕的SIP方法。

●协议处理功能

I-CSCF应支持SIP协议，具备代理服务器功能，具体要求见《中国电信IMS网络SIP协议总体技术要求》。

I-CSCF应支持Diameter协议进展SLF、HSS查询，以与与计费系统进展计费信息交互。

与DNS服务器交互，完成域名地址到IP地址的转换。

1.3.3P-CSCF

●注册/注销功能

（1）根本注册功能

当IMS用户发起注册消息时，P-CSCF应具备与DNS服务器配合确定用户归属网络，并将用户注册消息转发给归属网络I-CSCF的功能。

转发的注册请求中应包含P-Visited-Network-ID头域来向用户的归属网络标识P-CSCF所在的网络。

鉴权通过后，P-CSCF向用户归属网络I-CSCF转发的REGISTER消息应明确UE通过了加密和完整性检查。

用户注册成功后，P-CSCF具备保存终端的注册信息功能，包括UE信息（包括UE的地址，UE的IMPU/IMPI）以与路由信息（与归属网络相连的I-CSCF地址和S-CSCF地址）。

根据网络运营需求，应具备将表征内部网络架构的信息〔例如归属S-CSCF地址信息〕向终端屏蔽的功能。

（2）隐式注册功能

当启用用户隐式注册功能时，用户注册成功后，除初始注册功能中要求记录的信息外，P-CSCF还应具备记录用户发起注册的关联公有标识的归属网络S-CSCF地址、所有与发起注册的公有标识相关联的公有标识的功能。

（3）注销功能

P-CSCF能正确转发用户发起的注销消息，当注销成功后应删除用户发起注销的公有标识的相关数据记录。

当P-CSCF收到由网络发起的用户注销消息时，应删除注销消息所标识的用户公有标识的相关数据记录。

（4）注册状态订阅功能

P-CSCF能够向S-CSCF订阅用户的注册状态。

●会话控制功能

（1）会话建立

当用户发起呼叫请求时，P-CSCF具备根据用户的注册记录，正确转发呼叫请求消息给用户归属I-CSCF〔用户归属网络启用拓扑隐藏功能时〕，或S-CSCF〔用户归属网络没有启用拓扑隐藏功能时〕的功能。

P-CSCF不能修改INVITE消息中的RequestURI字段。

（2）会话释放

当用户发起会话释放消息时，P-CSCF能够正确转发消息。

当出现会话一方移出网络覆盖X围或终端掉电等异常情况时，P-CSCF应发起会话释放流程。

支持P-CSCF发起的呼叫释放，包括释放正在建立的会话、释放现存的会话、由于注册过期或删除安全联盟而导致的对现存会话的释放。

支持其他网络实体发起的释放。

（3）检测和处理紧急呼叫请求

P-CSCF应满足信产部相关规X要求，P-CSCF能够检测和处理紧急呼叫请求。

（4）安全

对于采用AKA鉴权方式的用户，依据TS33.203维护UE和自身的安全连接。

对于采用Digest认证方式的用户，认为所有IMS消息都是安全的，不采用TS33.203规定的安全机制。

（5）会话路径信息存储

在注册完成以后，P-CSCF将记录下对应S-CSCF的地址信息，并具备向用户屏蔽S-CSCF地址信息的功能。

当用户发起会话请求时，如果接收到的请求中带有表征预配路由的字节，P-CSCF应根据本地策略决定是否对该域中的内容进展修改；如果接收到的请求中没有表征预配路由的字节，P-CSCF应增加表征预配路由的字节并根据用户的注册信息填充相关信息。

所有从UE发起或者到UE终结的SIP信令都需要经过P-CSCF。

（6）源用户的身份标识隐藏

当发端用户要求隐藏身份标识时，目的端P-CSCF去除消息中的发端用户身份标识。

●漫游功能

P-CSCF应支持漫游用户的注册与会话建立相关的流程。

注册过程中，P-CSCF应能根据漫游用户提供的归属域名来确定用户归属网络的I-CSCF，并将