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1、IMS系统架构与基本原理,中兴通讯股份有限公司 ZTE Corporation,2007年4月7日,IMS architecture and basic principles,教程概述,教程系列1、IMS系统架构和基本原理IMS的引入、IMS架构、以IMS为核心的NGN架构、基本注册/会话流程、业务提供模式、计费模式2、ZTE IMS解决方案和市场应用3、IMS QoS技术4、IMS 安全技术和IPv4/v6技术5、IMS 标准新进展（VCC/CSI技术等）6、SIP协议栈培训致谢本教程改编自朱为勇IMS基础培训材料汤凯基于IP的多媒体系统IMS简介,汇报提纲,IP多媒体的引入与发展IMS架构
2、与流程IMS业务提供模式Offline/Online计费模式,移动网络演进2G,HLR,HLR DB,BSS,BSS,MAP,其他PLMN,MAP,2G,2.5G,R99,R4,R5,R6,R7,A,移动网络的发展,移动网络演进2.5G,CS Domain,HLR,HLR DB,BSS,BSS,MAP,其他PLMN,Internet,SGSN,PS Domain,MAP,MAP,MAP,GGSN,IP,2G,2.5G,R99,R4,R5,R6,R7,一个叠加的GPRS网络，提供端到端包数据的交换服务；PS域采用PPP/SDH,PPP/E1,FR over E1,ATM,LAN等接口；,Gb,A
3、,18 TS,9150kbpsGPRS attachmentPDP context activation,GTP,移动网络的发展,移动网络演进R99,HLR,HLR DB,BSS,BSS,MAP,其他PLMN,Internet,SGSN,MAP,MAP,MAP,RNS,CS Domain,PS Domain,GGSN,IP,2G,2.5G,R99,R4,R5,R6,R7,Gb,Iu-PS,Iu-CS,基于ATM的Iu-CS接口和基于ATM或IP的Iu-PS接口,GTP,移动网络的发展,移动网络演进R4,HLR,HLR DB,BSS,BSS,MAP,其他PLMN,Internet,SGSN,MA
4、P,MAP,MAP,RNS,MGW,MSC Server,MGW,GMSC Server,CS Domain,PS Domain,GGSN,IP,2G,2.5G,R99,R4,R5,R6,R7,基于ATM的Iu-CS接口和基于ATM或IP的Iu-PS接口CS域引入控制和承载的分离结构,Iu-PS,Iu-CS,GTP,移动网络的发展,移动网络演进R5,HSS,HSS DB,BSS,BSS,MAP,其他PLMN,Internet,GGSN,SGSN,MAP,MAP,MAP,IP,RNS,MGW,MSC Server,MGW,GMSC Server,IMS Domain,P-CSCF,S-CSCF,
5、CS Domain,PS Domain,IM-MGW,MGCF,MRFP,MRFC,2G,2.5G,R99,R4,R5,R6,R7,SLF,全IP的Iu接口，同时继承ATM传输引入IP多媒体域,Iu-PS,Iu-CS,GTP,移动网络的发展,移动网络演进R6,HSS,HSS DB,BSS,BSS,MAP,其他PLMN,Internet,GGSN,SGSN,MAP,MAP,MAP,IP,RNS,MGW,MSC Server,MGW,GMSC Server,IMS Domain,P-CSCF,S-CSCF,CS Domain,PS Domain,IM-MGW,MGCF,MRFP,MRFC,2G,2
6、.5G,R99,R4,R5,R6,R7,SLF,PDG,I-WLAN,WLAN接入网,Iu-PS,Iu-CS,GTP,移动网络的发展,SAELTE:3GPP系统的长期演进，以满足长期电信网络的发展需要。LTE(Long term evolution)主要侧重点在提高空口速率，提高接续速度，NodeB和RNC的功能合并。SAE(System architecure evolution)主要侧重于CN的功能拆分，提供多种接入方式之间的漫游。VCC：研究IMS和CS语音呼叫之间的切换PCC：研究IMS中计费和策略控制框架的合并EC：研究通过IMS如何提供紧急呼叫CSI：研究如何将CS承载和IMS结合
7、起来为用户提供统一的业务。由于IMS在无线Qos等方面存在的问题，该课题考虑主要利用CS来传递实时业务，而IMS来传递非实时业务SMSIP：研究如何通过IPCAN来提供短消息多媒体消息业务FBI:研究IMS如何提供固定接入。目前3GPP在等待TISPAN的研究结果LCS3：研究如何在WLAN接入IMS的系统中提供定位业务。E2EQos：研究端到端的Qos机制,移动网络演进R7,2G,2.5G,R99,R4,R5,R6,R7,移动网络的发展,3GPP标准的发展（IMS）,R99,R4,R5,R6,R7,UMTS技术的发端。,采纳软交换技术改造MSC控制器，将控制与承载分离，引入MSC Serve
8、r和MGW。类似窄带软交换技术。终端设备UE与网络CS域的业务控制，仍然遵循Telco严格的业务定义和控制流程的传统。垂直型的业务提供机制。,引入移动多媒体子系统IMS，实现软交换技术和移动技术的融合。演进型的技术引发革命型的影响。类似宽带软交换技术。终端设备UE与网络IMS域的业务控制，融合Internet业务模式和Telco业务模式。将电信业务平台推至网络的最边缘和最高应用层面，UE和SDP成为一体的业务平台。水平型的业务提供机制。,不断拓展IMS技术的接入无关特性。IMS技术被业界广泛的采纳和认可成为网络融合的基础，和提供融合、灵活的综合业务的网络平台。,标准组织在IMS上的协作,Mob
9、ile,IP,Residential,Wireline Access to IMS,MultimediaTelephony,Cellular Access to IMS,WLAN Access to IMS,MultimediaTelephony,MultimediaTelephony,IMS与UMTS/SS的关系,MSC Server,Control Layer,MGW,Access Layer,GGSN,SGSN,Service Layer,MGCF,IM-MGW,P/I/S-CSCFBGCF,MRFC,MRFP,IAD,AG,MSP,NB-SS,BB-SS,Bearer Layer,IN
10、-SCP,Parlay/OSA,IN-SCP,Parlay/OSA,SIP AS,IN-SCP,Parlay/OSA,SIP AS,IP-CAN,HLR,HSS(SLF),UMTS,SS,IMS,IMS是移动概念、软交换概念和分布式系统概念的集合,IMS特点,基于IETF协议IP、DNS、SIP、Diameter、COPS、SDP、XMLRTP、RTCP、H.248(MEGACO)协议统一统一SIP作为业务控制协议，统一Diameter作为AAA协议，统一XML作为User Profile协议归属控制S-CSCF为用户业务的唯一触发点接入独立性例：3GPP2可完全重用3GPP中的IMS，WLA
11、N/WiMax接入等业务、控制、承载层的完全分离,IMS特点（cont.）,CSCF动态分配提高网络的可靠性SIP信令自主路由SIP信令可携带路由信息，可简化后续路由增强计费功能Online/Offline计费增强安全性定义了完整的安全框架，基于IPSec、AKAQoS能力SBLP方式、资源预留方式,TISPAN的NGN研究,TISPAN（Telecommunications and Internet Protocol Harmonization Over Networks）是ETSI下属的一个TC，成立于2003年9月，专门对NGN进行研究和标准化工作。TISPAN NGN核心网中基于SIP
12、的核心网采用3GPP定义的IMS平台，并尽可能重用IMS Release6的相关规范，但要求支持更多的接入方式，包括xDSL、WLAN、LAN、MAN等。TISPAN NGN的核心网包含的范围很广，它涵盖了多种子系统，ETSI在3GPP IMS的基础上对NGN的架构作了扩展，增加了RACS、NASS系统等。,ETSI 将研究固网标准话的SPAN组织和研究VoIP的TIPHON组织合并，成立TISPAN，对NGN进行研究和标准化。,TISPAN R1，提供游牧和用户控制的漫游，提供接入网络附着子系统，接入方式重点考虑xDSL。,TISPAN R2，根据用户签约配置和业务需求，优化资源的使用。,T
13、ISPAN R3，不同网间的游牧和用户控制的漫游，高速宽带接入(VDSL、FTTH、Wi-Max)。,2005,2007,2009,2003,TISPAN融合网络图,以3GPP的IMS为基础进行扩充，要求支持更多的接入方式。,NASS,NASS,RACS,TISPAN R1与3GPP R6对照,Network Attachment3GPP:GPRS entities+HLR(PS part)TISPAN:NASS entitiesResource Control3GPP:PDF and GGSNTISPAN:RACS entities+RCEF and BGF entitiesMM Sessi
14、on Control3GPP:IMS(R6)TISPAN(R1)IMS(R6),TISPAN对3GPP IMS的结构无影响，仅要求增强P-CSCF和修改流程,汇报提纲,IP多媒体的引入与发展IMS架构与流程IMS业务提供模式Offline/Online计费模式,IMS体系功能实体图,SIP,Operator 1,MRF-C,MGCF,Cx,Sc,Gr,Mm,Mn,Gc,Mg,BGCF,Mi,Go,Gm,SLF,MRF-P,Mp,ISC,SIP,Diameter,H248,SIP,H248,COPS,SIP,Diameter,MAP,SIP,Mj,ISUP,SGW,Mr,CSCF,Mw,BGCF
15、,Mk,Operator 2,SIP,Dx,SIP,Sh,MAP,MGW,SGW,SIP,SIP,CAP,OSA,Si,IM-SSF,OSA-SCS,Diameter,CAP,CSCF,PDF,PS Domain,GGSN,SGSN,Gn,TCP/IP/UDP/RTP/,UE,UTRAN,MT,TE,Uu,Iu,R,GERAN,Diameter,Gq,IMS网络实体,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，目前3GPP的主要工作是基于GPRS网络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
16、、Parlay网关提供、SCP提供，另外，对于一些传统的的基本业务，目前正在研究使用一个基本呼叫服务器来实现的方式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、IMS业务的交换、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等网络的互联互通计费域包含Offline计费和Online计费的相关网元设备IP配套网元另外，一个完整的IMS解决方案，还需要其他各种IP网元提供服务，如：DNS、Firewall、NAT、DHCP等,IM
17、S网络实体-GGSN,GGSN:网关GPRS服务节点GRPS分组网络和IMS网络的接口所有UE相关的IMS信令、业务流均通过GGSN引入PEP功能，以完成基于业务的QoS策略控制,IMS网络实体-P/I/S-CSCF,Proxy(P)-CSCF:代理CSCFUE到网络的第一个连接点建立同终端间的安全联盟（SA）授权承载资源和QoS管理SIP 头压缩PDF功能：QoS资源的维护及授权计费：Offline计费Interrogating(I)-CSCF:查询CSCFIMS系统对外的联系点S-CSCF分配功能THIG功能：隐藏IMS网络内部拓扑信息被叫S-CSCF定位功能计费：Offline计费Ser
18、ving(S)-CSCF:服务CSCF用户的Registrar，负责用户的注册负责用户的鉴权、授权负责用户的业务控制和触发，与业务层进行交互计费：Offline计费、Online计费,IMS网络实体-BGCF,BGCF:出口网关控制功能为被叫出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不同运营商的IMS网络互通，不需经过BGCF需要维护或访问网络接口拓扑信息、出口策略数据库计费：Offline计费,IMS网络实体-MGCF/MGW,MGCF:媒体网关控制功能IMS控制面与传统PSTN/CS网络的互通点
19、控制IMS-MGW，以完成媒体面的互通：H.248IMS侧：与I/S-CSCF互通PSTN/CS侧：SIP到BICC/ISUP协议转换计费：Offline计费可以在R4的MSC Server基础上演进IM-MGW:媒体网关功能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、回声消除器资源提供通知音、DTMF资源提供会议桥资源和R4的MGW基本相同，使用了与互通相关的子集,IMS网络实体-MRFC/MRFP,MRFC:媒体资源控制功能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的控制计费：Offline
20、计费、Online计费MRFP:媒体资源功能IMS域内部的媒体资源功能接受MRFC控制：H.248提供声码器资源提供通知音资源提供会议桥资源,IMS网络实体-IMS-SSF/OSA-SCS,IMS-SSF：IMS业务交换功能IMS域向传统智能网提供业务能力的一个接口实体接口：CAMEL 4 IMS-CAP完成SIP信令与CAP信令的转换BCSM维护及特征映射计费：Offline计费、Online计费 OSA-SCS：OSA业务能力服务器IMS域向OSA-AS提供业务能力的一个接口实体完成SIP信令到OAS API的转换计费：Offline计费、Online计费,IMS 网络实体-HSS/SLF
21、,HSS:归属签约用户服务器存储IMS用户的签约数据、Service Profile、位置信息、鉴权信息等也可提供传统的HLR功能：CS签约数据、PS签约数据接口：Diameter(IMS)、MAP(CS/PS)SLF：用户定位功能根据SIP URI定位HSS需要访问HSS的实体均需调用单一HSS环境不需要：Server Farm方式,IMS域关系图,P-CSCF,MGCF/BGCF,GMSCServer,MSCServer,MGW,MGW,GGSN,SGSN,I/S-CSCF,IM-MGW,RNC,Core Network,PS域,CS域,HSS,MRFC,MRFP,Radio Access
22、 Network,Iu-CS,Iu-PS,IMS域,To PSTN,SIP AS,IMS与CS、PS的关系,IP多媒体子系统应用PS域来进行多媒体信号的承载和传输。PS域为IMS提供服务，终端的移动性对于IMS来说是屏蔽的。IP多媒体子系统和CS域之间是相对独立的，只有一些网络设备可能需要和CS域进行通讯。在部署一个IP多媒体子系统时，并不一定需要部署CS域。IMS与CS目前是一种业务互相补充，网络互连互通的关系。IMS对CS进行逐步融合替代 CSI对CS与IMS互通互补的重要作用,Service Broker(SCIM),IMS网络参考图,IM-MGW,I-CSCF(Register Rou
23、tingS-CSCF assignment&THIG),MRFC,MRFP,P-CSCF,PresenceServer,UE,IP-CAN,UMTS-PS,S-CSCF,WiMAX,WLAN,Other BB Access,PDF,Managed IP Backbone Network with QoS fulfillment,AAA or HLR,HSS/SLF,LocationServer,Group MGMTServer,BRAS,GGSN,MSAG,MIMServer,MGCF,BGCF,IBC/IWF,IN-SCP,Parlay/OSA,SIP AS,User profiles,IB
24、G,I-CSCF(Call RoutingS-CSCF assignment&THIG),IM-SSF,Service Enablers,Call Control,Shared Media Resources,Applicationsand Services,I|SBC,N|SBC,A|SBC,Direct or In-direct Interaction,IMS用户编号方案,IMSSubscription,Private User Identity 1(For Mobile terminals),Private User Identity 2(For Fixed terminals),Pub
25、lic User Identity 1(SIP URI format),Public User Identity 2(Tel E.164 format),Public User Identity 3(SIP URI format),Public User Identity 4(Tel E.164 format),Public User Identity 5(SIP URI format),Public User Identity 6(Tel E.164 format),Implicitly Registered ID set 1,Implicitly Registered ID set 2,Implicitly Registered ID set 3,Service Profile 1(Enhanced Services),Service Profile 2(Legacy Services),Service Profile 3(Converged Services),Service Profile 5(Legacy Services),Service Profile 4(Enhanced Services),
