IMS版本演进浅析(一）

    随着3G时代的到来，用户对移动通信有了更高的期望，用户不仅要求有稳定的语音通信，而且还要求能够以数据和多媒体等多种方式进行通信。针对这些需求，3GPP在R5版本中提出了IMS标准。而随着网络技术的发展，各种标准组织也开始了IMS版本演进方面的研究。

    IP多媒体子系统（IMS，IPMultimediaSubsystem）最初是由3GPP在Release5标准中提出的基于SIP会话控制的网络体系架构，目的是满足用户对移动多媒体业务的需求，从而丰富移动网的业务种类，加快业务提供过程。IMS的出现不仅能带来丰富的移动多媒体业务，而且将使移动通信网络结构和应用模式发生前所未有的改变。

    IMS具有分布式、与接入无关、有标准开放的业务控制接口等特点，被业界公认为未来融合的控制平台，成为下一代网络（NGN）的核心技术。目前，IMS在3GPP、3GPP2、ETSI、ITU-T等标准组中都占有一席之地，相关标准的制定和完善工作正在紧张进行中，世界各大设备提供商纷纷推出IMS的商用或试验产品，部分运营商也开始进行IMS业务的试商用或试验。

    3GPP IMS网络架构

    3GPP所定义的IMS网络架构包括：呼叫会话控制功能（CSCF）、归属用户服务器（HSS）、媒体网关控制功能（MGCF）、多媒体资源功能控制器（MRFC）、多媒体资源功能处理器（MRFP）、签约定位器功能（SLF）、策略决策功能（PDF）、IP多媒体-媒体网关功能（IM-MGW）、中断网关控制功能（BGCF）、信令网关（SGW）、应用服务器（AS）、IP多媒体业务交换功能（IM-SSF）、业务能力服务器（OSA-SCS）、计费功能实体等。

    CSCF又可划分为I-CSCF、P-CSCF和S-CSCF三种。

    P-CSCF是IMS拜访网络的统一入口点。所有IMS终端发起和终止于IMS终端的会话消息都要通过P-CSCF。P-CSCF的功能有：与接入网络无关的用户鉴权、IPSec管理、网络防攻击与安全保护、为节约无线网络资源进行SIP信令压缩与解压、用户的漫游控制、通过PDF进行承载面的NAT、QoS功能等。

    I-CSCF是IMS归属网络的入口点。在注册过程中，I-CSCF通过查询HSS，为用户选择一个S-CSCF；在呼叫过程中，去往IMS网络的呼叫首先路由到I-CSCF，由I-CSCF从HSS获取用户所注册的S-SCSCF地址，将消息路由到S-CSCF。

    S-CSCF是整个网络的核心，支持SIP协议，负责用户鉴权、会话处理和业务触发等。

    HSS作为整个网络的用户数据库，存储IMS用户的鉴权信息、签约信息、业务透明数据等。

    MGCF和IMS-MGW是与CS域和PSTN互通的功能实体，分别负责控制信令和媒体流的互通。

    MRFC和MRFP是实现多方会议的功能实体，控制层面的MRFC通过H.248控制MRFP。

    BGCF是IMS域与外部网络的分界点，它选择在哪里跟CS域或PSTN互联。

    IBCF负责网络间互通和边界控制。

    E-CSCF负责紧急呼叫的相关处理。

    IMS的注册流程为：第一，终端发起注册请求给P-CSCF，P-CSCF通过DNS查询该用户的归属网络，并将注册请求前转给对应的I-CSCF（如果就是在归属网络，则无需IBCF中转）。第二，I-CSCF向HSS提交用户信息，HSS对用户身份与服务权限进行鉴权后，I-CSCF查询HSS获得为用户服务的S-CSCF；如果没有结果，HSS指示I-CSCF根据需要的与可用的S-CSCF，分配一个S-CSCF为该用户服务。第三，S-CSCF收到请求后，从HSS处下载该用户的相关信息（签约信息、安全信息等）并存放在该S-CSCF的数据库中，同时HSS记录为S-CSCF信息。第四，如果存在与注册相关的业务应用，S-CSCF触发相关的应用服务器AS（如图1所示）。

图1 IMS注册流程

    3GPP IMS版本演进

    R5

    3GPP在R5版本中首次提出IMS，并在R6和R7版本中对其进一步完善，目前正在制定的版本为R8版本。

    R5版本提出和定义了IMS的基本框架及3G接入的能力，R5阶段侧重于基本架构、3G接入能力、功能实体、信令流程的规定，并对鉴权、计费、安全、QoS等进行了基本定义。

    R6

    R6版本对IMS接口和功能更加细化，定义了WLAN接入的能力、IMS和外部网络之间的互通、IMS支持各种业务的能力等方面。R6版本在2005年3月冻结，是第一个完善的IMS标准版本。

    相对R5，R6主要完善、增强了以下功能：

    定义了SBLP(ServiceBasedLocalPoicy)的QoS框架、端到端的QoS概念和框架结构,将PDF从P-CSCF中分离出来,并定义了相关Go/Gq接口。

接入安全方面，强化了IPSec的机密性保护功能；同时针对传统移动终端接入IMS的需求，提出了EarlyIMS的鉴权机制。

    3GPP制定了PSTN、CS域和其他IP多媒体系统的互通，对网络互通的框架结构、与传统电路交换网络的互通协议都已经完成定义；对SIP协议和BICC/IUSP协议的映射基于ITU-T的Q.1912.5作了适当调整。

    IPv4和IPv6互通问题：在IMS规范制定初期，考虑到IPV4的地址资源非常紧张，因此要求IMS内使用IPV6。但是由于IPV6技术和商用情况的限制，很多国家提出使用IPV4尽早实现IMS的要求,R6中引入ALG和TrGW完成了信令和承载层面的IPv4和IPv6的互通问题。

    R7

    R7版本在2007年冻结，其主要增强功能为：

    FBI（Systemenhancementsforfixed Broadband access to IMS）：增加对固定接入的支持，如NAT穿越、IMS汇接网络、IBCF（IMS Border Control Function）边界控制等。

    紧急呼叫（EmergencyCall）：引入了E-CSCF这个新网元，使IMS建立紧急呼叫成为可能。

    VCC（VoiceCallContinuity）：实现双模手机在IMS域和CS域进行语音呼叫切换，采用IMS控制方案，切换控制由应用层实现。

    CSI（CombiningCS&IMSservices）：其实质是不同业务分别由两个网络提供，实时类业务由CS域提供，非实时业务由IMS域提供。在第1阶段，CSI由终端实现。

    PCC（PolicyControlandCharging）：把QoS的策略控制和流计费合并，生成一个新的网元PCRF，使用基于DIAMETER的Rx、Gx接口传递相应的策略控制和计费控制信息。这一功能框架的改变是对R6 SBLP框架的重大更新和改进。

    多媒体电话（补充）业务：基于TISPANNGNR1的PSS（PSTN/ISDN模拟业务）。

    R8

    3GPPR8的主要增强功能有：

    CommonIMS：集中TISPAN和3GPP2的IMS研究成果，并以此为基础制定统一IMS标准。

    ICS（IMSCentralizedServiceControl）：解决用户在CS接入的情况下，业务逻辑集中在IMS控制的问题。目前有终端升级和网络升级两种方案，前者负责在UE与IMS-AS之间建立业务逻辑控制通道，同时通过现有的CS域IMS互通机制建立CS到IMS的承载；后者升级VMSC，使之具备接入IMS的能力，将CS呼叫接入到IMS以进行业务逻辑控制。

    MMSC（MultiMediaSessionContinuity）：解决用户在同时接入CS和PS情况下，多媒体会话在不同域之间的切换和连续性问题。方案沿用了R7VCC的架构，在IMS域设置SC-AS，锚定CS和PS会话，并进行会话切换控制，完成与对端UE的重协商。

    SB（ServiceBroker）：增强业务交互管理。其中增强iFC处理方案进展比较顺利，引入业务代理（ServiceBroker）方案进展不佳。

    IMSCAT：在IMS主叫网络和被叫网络中增设彩铃服务器，将主叫彩铃服务器和被叫彩铃服务器串到会话请求路径中，通过EarlyMedia或者EarlySession的方式向主叫用户提供彩铃服务。

    SMS和IM的业务互通：在CS和IMS域之间增设一个消息互通网关，消息互通网关对应CS域为MSC以及SMSrouter，消息互通网关对应IMS则为AS。

    ETSI TISPAN IMS版本演进

    ETSITISPAN目前研究的焦点是如何在短期内实现NGN，TISPANNGN的核心网包含的范围很广，它涵盖了多种子系统，其中包括基于SIP的核心网。在这样的框架下，NGN可以实现基于SIP、SIP-I、RTSP的业务。TISPANR1 NGN核心网中基于SIP的核心网将采用3GPP定义的IMS平台，并尽可能重用IMS Release 6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于2005年12月发布了NGNR1版本规范，R2阶段的研究工作接近完成，目前正在定义R3的内容。

    R1阶段，TISPAN采用3GPPR7定义的IMS架构，针对固定接入的特定要求进行了相关修订。针对固定接入（特别是xDSL接入），提出了网络连接子系统（NASS）和资源控制子系统（RACS）,定义了用于PSTN替换的、基于IMS的PSTN/ISDN仿真子系统（PES）实现方案。业务方面，定义了传统电信网络的补充业务在IMS中的实现，即PSTN/ISDN模拟业务。对3GPP已经定义的相关接口协议，针对固定的特殊需求进行了修订。

    R2阶段的主要工作包括PES/PSS的完善、RACS增强，以及IPTV、企业网络、家庭网络的定义。详细内容如下：

    PSS：在NGNR1的基础上，增加了以下业务：AoC、CW、CCBS/CCNR、3PTY、UUS、SUB等。除CW、CCBS/CCNR、3PTY外，其它规范均已发布，2008年开始转移到3GPPCT1维护。3GPPCT1已经完成了CW和CCBS/CCNR两个项目的立项。

    PES：在NGNR1的基础上增加了对ISDN终端接入和Overlap信令的支持。

    RACS增强：主要是支持组播、计费、多种网络部署模式以及与3GPPPCC融合的技术规定。R2功能结构规范已经完成，协议实现规范接近完成。

    IPTV：定义了IPTV的业务需求以及对NGN网络的要求。功能结构上，分为专用架构和基于IMS的架构两种，均强调与NGN的集成，有别于传统IPTV（即非NGN的IPTV）。基于IMS的IPTV架构将直接基于R1阶段的研究成果，重用IMS核心功能实体，通过增加媒体控制功能和媒体传输功能，实现对IPTV业务的支持，从而实现多媒体和IPTV的统一体系架构。专用IPTV架构仅重用IMS中的NASS/RACS以及UPSF等功能，业务层面与IMS为互通关系，已完成功能结构规范和协议规范。

    企业网：定义了企业网的需求（包括漫游场景、安全）和功能结构，包括IMS转接（即BusinessTrunking）、托管企业业务（HostedEnterpriseServices）两种模式。功能结构规范已经完成。

家庭网络：侧重定义IPTV客户网络设备的功能结构以及接口协议，尚在进行中。

    其他标准组织的IMS演进进展

    CCSATC5（无线通信技术工作委员会）旗下的WG9负责移动网络IMS相关规范的制定，已经完成基于3GPPR6的IMS系统设备和接口协议技术及测试规范的制定。WG4则负责制定3GPP2移动网IMS核心网络相关的规范，已完成MMD的相关研究报告。

    CCSATC3（网络与交换技术工作委员会）自2006年启动了IMS研究项目，创造了TISPANNGNR1的成果，2007年开始制定IMS业务方面的标准，包括PSS业务、多媒体会议、多媒体彩铃/振铃等业务。

    CCSATC5和TC3自2006年开始了统一IMS的相关研究（UnifiedIMS，有别于3GPPCommon IMS）。至2008年6月，主要完成了统一IMS的需求（第一阶段）、功能体系架构（第一阶段）、组网总体技术要求（第一阶段）等规范的制定。

    TC3&5联席会议还将继续以下规范的制定：统一IMS（第一阶段）I/S-CSCF设备技术要求、统一IMS（第一阶段）P-CSCF设备技术要求、IMS（第一阶段）归属用户服务器设备技术要求、统一IMS（第一阶段）组网安全要求、会话初始协议技术要求等。

    2004年6月成立的ITU-TFGNGN（NGN专题组）也已经开始对IMS的业务和网络框架进行研究。FGNGN研究NGN业务的需求，把IMSRelease6中定义的业务作为业务研究的起点，但同时强调业务应具有灵活的生成能力；还研究有关IMS的网络融合技术等问题。

    FGNGN工作组加快了ITU－T关于IMS的标准制定工作，现阶段IMS的规范主要为SG13负责制定。NGNIMS的框架结构是一个与接入技术无关的网络，尽可能多地支持各种接入技术；对基于SIP会话的业务将以IMS为基础开展工作，并参考3GPP的一些列相关规范。

    统一IMS成为网络融合的终极目标

    传统交换技术经历了向模拟交换和数字交换技术的转变，无论是模拟交换还是数字交换，它的特点都是面向连接的，并且交换控制、承载连接、业务提供、用户信息不分离，集中在一个物理实体即交换设备中。

    智能网的产生，引入了业务提供与呼叫控制分离的概念；而软交换的提出，引入了呼叫控制和承载连接分离的思想。这些都是核心交换网络所发生的重大变革，每一次变革都对业务提供、网络结构产生了很大的影响。由于智能网的引入，电信业务愈加丰富；而由于软交换的部署，网络趋于扁平化，结构更加清晰，维护管理更加方便。

    IMS的产生，使得网络层次分离得更加彻底，接口更加标准化，业务提供、呼叫控制、承载连接、用户数据分别由不同的实体提供，从接入到核心，从承载到业务，各个环节都可以成为产业链的重要角色。IMS体系这种分离的标准化架构为网络融合提供了充分的技术条件。统一IMS的产生，真正体现了核心会话控制层面的融合，是网络融合的终极目标。

    促进网络融合一直是电信行业多年来的工作目标，ISDN和B-ISDN都被赋予了这样的使命，后来出现的软交换也曾被寄予厚望。电信运营商希望改变一类业务、一个网络的状况，从而降低网络建设和维护成本；用户也希望通过一个号码、一个网络获得各种各样的业务，方便使用。统一IMS的产生为固定和移动融合创造了有利条件，为全业务运营提供了充分的技术保障。

    全业务运营在一定程度上驱动了统一IMS的产生与发展。以统一IMS为核心的下一代网络是一个不断演进、逐渐融合的网络，其业务范围覆盖了话音、数据业务和应用。目前业界正在研究如何使用IMS架构支持IPTV等流媒体业务，IMS被赋予的使命越来越多。统一IMS作为下一代网络交换部分的核心和基础，在由电路交换向分组交换演进的过程中，在全业务运营的环境下，将继续保持主导地位。

 

 

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