【整理】IMS即IP多媒体子系统详解

• IMS=IP Multimedia Subsystem=IP多媒体子系统
• =IMCNS=IM CN Subsystem=IP Multimedia Core Network Subsystem=IP多媒体核心网络子系统
• 是什么：一个基于互联网协议提供多媒体业务的体系架构
• 属于3GPP组织旗下的
• 3GPP=3rd Generation Partnership Project
• 作用：提供一种通用的架构，用来实现/提供VoIP和多媒体服务
• 历史
• IMS发展历史
• 3GPP R5
• 第一次提出IMS概念：
• 2G发展到3G阶段，出现W-CDMA网络（UMTS）
• 基于SIP多媒体领域（domain） 加到了 NGN网络
• 也支持GSM和GPRS网络
• 3GPP R6
• 新增支持WLAN的互联（interworking）
• 3GPP R7
• 支持固定网络，和TISPAN一起支持更多类型网络
• 其内部是：SOA=Subsystem-Oriented Architecture=面向子系统的架构
• 出现 Early IMS=早期IMS
• 支持IPv4网络
• 为IPv6提供扩展路径
• 最新叫法：IMS = core IMS
• 蜂窝网络发展历史
• 1G
• 使用模拟信号传输
• 只支持CS传输电话语音
• 2G
• 全数字
• 支持CS的语音和数据（传输）服务
• 2.5G
• 新增PS交换数据服务
• 在2G基础上
• 3G
• （尝试）提供基于PS的全部类型的服务
• 包括传统的电话语音
• 背景：
• 文字
• 传统移动电话使用类电路交换网络提供语音通话服务
• 而非使用计算机分组交换通信方式的网络。
• 虽然已有很多方式在智能手机上提供网络电话与其他互联网多媒体服务
• 但并未形成行业标准
• IMS则为此提供了一个标准化体系架构
• 图
• 应用演化直到IMS
• 
• 希望用IMS实现各种功能和服务
• 
• 架构
• 3GPP / TISPAN IMS 架构网络
• 
• 说明
• NGN=Next Generation Networking
• TISPAN：提供了DSL访问的规范
• TISPAN=tispan= Telecoms & Internet converged Services & Protocols for Advanced Networks=电信和互联网融合业务及高级网络协议
• SGW=Signaling Gateway
• 作用：在传输层（SCCP, SCTP）中处理信号转换
• A-RACF=Access – Resource and Admission Control Function
• NASS=Network Attachment Subsystem=网络附着子系统
• DSLAM=Digital Subscriber Line Access Multiplexer
• 
• 
• 更侧重interface接口的IMS架构
• 
• 其他版本的架构
• 
• 简化版IMS架构
• 
• 相关架构
• IMS方案
• FiberHome IMS Solution
• 
• IMS架构和接口
• 
• 
• 3GPP R7参考模型
• 
• TISPAN R1参考模型
• 
• 
• 基于IMS的下一代服务平台
• Service Convergence in Quadruple Play
• 
• NG Service Platform The IMS-based Design
• 
• 
• OMA
• IMS in OMA服务环境上下文
• 
• OMA SIMPLE 即时通讯参考模型
• 
• Parlay X网络服务
• 
• SOA
• Heterogeneous Services Bus IMS-SOA Architecture
• 
• 接入方式=接入网络
• 早期：
• GPRS
• 后续：支持其他
• WLAN
• CDMA2000
• 固定电话线
• 等
• 核心网络
• 包含
• HSS
• =Home Subscriber Server=
• 或
• UPSF=User Profile Server Function
• 功能：
• 主用户数据库
• 它为IMS网络中实际管理通话的实体提供支持
• 如访问用户相关的信息（称之为用户配置），对用户认证和授权以及 提供用户位置IP地址等相关信息
• 在同时使用多个HSS时，需要SLF映射用户保存的位置
• SLF=Subscriber Location Function=用户位置功能组
• 即当查询某个用户配置时，由SLF指出哪个HSS保存了这个用户配置。
• 保存用户信息
• IMPU
• IMPI
• IMSI=国际移动用户标识符
• MSISDN
• 用户服务配置
• 服务开关
• 其它信息
• 其他说明
• 类似的
• GSM的
• HLR=Home Location Regiser=归属位置寄存器
• AuC= Authentication Centre=认证中心
• 用户标识=User identities
• 单独整理：
• 【整理】IMS系统中的User Identity用户标识用户身份相关基础知识
• CSCF
• =Call Session Control Function=调用会话控制功能
• 是什么
• SIP服务器和代理共同实现通话控制功能，统称为：CSCF
• SIP=Session Initiation Protocol=会话发起协议
• SIP代理
• 举例
• 
• 会话控制流程
• 
• 功能：它们在IMS系统中处理SIP信号数据包
• 包括
• P-CSCF=Proxy-CSCF
• 概述
• 是一个SIP代理，作为与IMS终端直联通信点
• 它可以设置在公网中也可以设置在IMS本网中
• 某些网络在这个功能组中可能使用了SBC
• SBC= Session Border Controller=会谈边界控制器
• P-CSCF其核心是一个特殊的SBC
• 该SBC使用的用户网络接口不仅保护网络，也保护了IMS终端
• 在IMS终端和P-CSCF之间传递加密信号时，使用附加的SBC是毫无意义同时也是不可用的。
• 终端可以使用DHCP协议来找到它的P-CSCF，也可以使用配置（如出厂设置、3GPP IMS管理对象）、或是记录在ISIM中、或是在PDP环境（GPRS PDP Context）中赋值。
• 其他说明
• 它在IMS终端注册之前就被分派给IMS终端，并且在注册期间不会改变
• 它位于所有信号的通路，可以检查所有的信号。IMS终端必须忽略任何其它未加密的信号。
• 它提供用户的认证，并且为IMS终端创建一个IPsec或TLS连接。这样可以阻止欺骗攻击和重放攻击，并且保护用户的隐私。
• 它检查信号，确保IMS终端没有企图作弊（比如改变通常信号路游，不遵守IMS网络路游策略）
• 它也可以使用SigComp压缩和解压缩SIP信息，以降低较慢的无线电链路的负载。
• 它也可以加入PDF。它可以允许媒体水平的资源（如QoS）可以达到媒体水平。它也可以用作策略控制、带宽管理等等。
• PDF=Policy Decision Function=策略决择功能
• SPDF=Serving Policy Decision Function
• QoS=Quality of Service
• PDF也可以作为独立的功能组
• 它也产生费用记录
• I-CSCF=Interrogating-CSCF=询问-CSCF
• 概述
• 是另一个位于管理域边缘的功能组
• 它的IP地址通过DNS发布，所以远程服务器可以查找到它，并把它作为向它所在的域传递SIP包的跳点
• 功能
• 它查询HSS，获取S-CSCF的地址并且分派给用户以完成SIP注册。
• 它也为S-CSCF传递SIP请求和回应
• 直到IMS第6版，它是可以用来把内网隐藏起来，使外部网络无法获取内部网络的信息（加密部分SIP信息）。这里称之为THIG
• THIG=Topology Hiding Inter-network Gateway=隐藏内部网络拓扑网关
• 从第7版开始，这个功能从I-CSCF移走，作为IBCF的一部分。IBCF被用作外部网络的网关，提供NAT和防火墙功能。IBCF实际上是NNI的会谈边界控制器的裁剪版本。
• IBCF=Interconnection Border Control Function=互联边界控制功能组
• S-CSCF=Serving-CSCF=服务-CSCF
• 概述
• 从信号层面的来看，S-CSCF是IMS子系统的核心节点
• 它虽然是SIP服务器，但也负责会话的控制
• 它永远设置在IMS本网络中，径直地使用Cx和Dx接口访问HSS
• 它从HSS下载用户配置并且上传用户与S-CSCF关系信息
• 出于对处理用户配置效率的考虑，S-CSCF会在其本地缓存用户配置。但它不会在本地对用户配置进行更改
• 所有必要的用户配置信息都会从HSS那里加载
• 其他说明
• 它负责处理SIP注册。它会将用户位置（如终端的IP地址）和SIP地址进行绑定。
• 它位于所有在它那里注册的用户所发出的信号信息的通路上，可以检查所有的信息。
• 它负责决定SIP信息将抵达哪一个应用服务处理，以完成应用服务。
• 它提供路游服务，通常是使用电子号码（ENUM – Electronic Numbering）查找
• 它运行网络运营商的策略
• 出于分布式负载和高可靠性的原因，IMS网络中允许设置多个S-CSCF。这种情况下，由HSS在用户配置记录哪一个S-CSCF被关系到该用户，而后由I-CSCF来查询这些记录。
• AS
• =Application Server=应用服务器
• 作用：SIP应用服务器负责和提供服务
• 其他说明
• 它与S-CSCF之间使用SIP
• 模式
• 基于具体的服务不同，AS可以选择不同的SIP模式
• SIP代理模式
• SIP用户代理（UA – User agent）模式
• SIP B2BUA模式
• 部署位置
• 可以设置在：IMS本网内
• 如果位于本网，它还可以使用Sh或Si接口查询HSS。
• 也可以设置在：外部的第三方网络
• 典型案例
• VCC Server
• 由3GPP开发的语音持续调用功能
• SIP AS
• 负责和提供IMS具体服务
• IM-SSF
• =IP Multimedia Service Switching Function=IP多媒体切换功能
• SIP和CAP之间的接口，用于与CAMEL应用服务器通信
• OSA SCS
• =OSA Service Capability Server=OSA服务性能服务器
• OSA=Open Service Architecture=开放服务架构
• SIP和OSA框架之间的接口
• 多个OSA服务之间的交互
• 功能模型
• AD-ILCM和AS-OLCM用来保存事务状态并且可以根据特定服务的需要保存会话状态
• 对于S-CSCF来说
• AS-ILCM接口是输入端
• AS-OLCM接口是输出端。
• 应用逻辑提供服务和AS-ILCM、AS-OLCM之间的交互
• PSI
• =Public Service Identity=公共服务标识
• 用来标识应用服务提供的服务
• PSI可以提供两种标识格式
• SIP URI
• Tel URI
• 通常被HSS以完整PSI或通配PSI保存
• 说明
• 完整PSI包含完整的PSI标识，可以直接用来路游
• 通配PSI表达一组PSI标识
• MRF
• =Media Resource Function=媒体资源功能组
• 提供与媒体相关的功能，包括媒体处理（如混音）、播放拨号音和语音提示
• 进一步划分为
• MRFC=Media Resource Function Controller=媒体资源功能控制器
• MRFC是信号层面的节点，它根据来自AS和S-CSCF的信息来操控MRFP
• 作用类似于：SIP B2BUA
• MRFP=Media Resource Function Processor=媒体资源功能处理器
• MRFP是媒体层面的节点，用来混合、产生或者处理媒体流。
• 它也可以管理共享资源的访问权限
• MRB
• =Media Resource Broker=媒体资源协商器
• 一个功能实体。
• 负责收集已经发布的MRF信息，并且向AS这样的信息消费实体提供适当的MRF信息。
• MRB通常有两个模式：
• 查询模式：AS主动查询MRB相应的媒体并且创建使用MRB回应的调用。
• 线性模式：AS向MRB发送SIP INVITE，由MRB创建调用。
• BGCF
• =Breakout Gateway Control Function=出口网关控制功能
• 是一个SIP代理，它处理来自S-CSCF的路由请求。
• BGCF有基于电话号码的路由功能，用来选择与PSTN网络的接口点。
• 当BGCF发现被叫网络位于一个PSTN网络时，BGCF就选择一个媒体网关控制功能(MGCF)，将会话路由到MGCF，MGCF负责与PSTN网络交互。
• MGCF
• =Media Gateway Control Function=媒体网关控制功能
• 完成IMS网络与PSTN网络之间的调用控制协议转换
• 主要是将SIP消息转换成ISUP消息。
• 并控制IM-MGW中媒体信道，管理PSTN网络的承载和与IMS网络的IP流间的连接。
• IMS MGW=IMS Media Gateway
• 相关
• 新应用
• presence information
• videoconferencing
• POC=Push to talk over Cellular
• multiparty gaming
• community services
• content sharing
• 协议
• RFC 1889 Real-time Transport Protocol (RTP)
• RFC 2327 Session Description Protocol (SDP)
• RFC 2748 Common Open Policy Server protocol (COPS)
• RFC 2782 a DNS RR for specifying the location of services (SRV)
• RFC 2806 URLs for telephone calls (TEL)
• RFC 2915 the naming authority pointer DNS resource record (NAPTR)
• RFC 2916 E.164 number and DNS
• RFC 3261 Session Initiation Protocol (SIP)
• RFC 3262 reliability of provisional responses (PRACK)
• RFC 3263 locating SIP servers
• RFC 3264 an offer/answer model with the Session Description Protocol
• RFC 3310 HTTP Digest Authentication using Authentication and Key Agreement (AKA)
• RFC 3311 update method
• RFC 3312 integration of resource management and SIP
• RFC 3319 DHCPv6 options for SIP servers
• RFC 3320 signalling compression (SIGCOMP)
• RFC 3323 a privacy mechanism for SIP
• RFC 3324 short term requirements for network asserted identity
• RFC 3325 private extensions to SIP for asserted identity within trusted networks
• RFC 3326 the reason header field
• RFC 3327 extension header field for registering non-adjacent contacts (path header)
• RFC 3329 security mechanism agreement
• RFC 3455 private header extensions for SIP
• RFC 3485 SIP and SDP static dictionary for signaling compression
• RFC 3574 Transition Scenarios for 3GPP Networks
• RFC 3588 DIAMETER base protocol
• RFC 3589 DIAMETER command codes for 3GPP release 5 (informational)
• RFC 3608 extension header field for service route discovery during registration
• RFC 3680 SIP event package for registrations
• RFC 3824 using E164 numbers with SIP
• SIP
• 消息类型
• Requests
• INVITE
• ACK
• REFER
• OPTIONS
• BYE
• CANCEL
• REGISTER
• SUBSCRIBE
• NOTIFY
• MESSAGE
• Responses
• Success
• Redirection
• Forwarding
• Request failure
• Server failure
• Global failure

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