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1、IMS技术简介1 IMS的由来迄今为止，3GPP关于UMTS网络的标准己经发布四个版本，即我们熟知的R99、R4、R5和R6。其中，R5版本是全IP的第一个版本，在核心网方面，最大的变化是在PS域上叠加了一个IP多媒体子系统IPMultimediaSystem,即IMS。如上图所示，IMS是在PS域上叠加的一个子系统。3GPP提出IMS的初衷是为了丰富3G业务种类并增加3G中GPRS对于最终用户的吸引力，同时也为运营商对IP多媒体业务的接续，服务质量和开辟提供了控制手段，这一系列举措也坚定了运营商对于3G的信心。另一方面，目前3GPP协议演进的中，浮现了全IP化的趋势，业务也显露出单一PS化的
2、趋势。IMS和PS域一起实现实时和非实时的多媒体业务，并可以实现与CS域的互操作。此时，即使没有CS域，也可以实现话音呼叫。在R5中仍然保留CS域并实现与IMS的互操作主要是保护运营商的R99的网络投资。因此，对于新运营商而言，彻底不需要建设CS域来实现话音业务，IMS和PS域都可以代劳了。IMS考虑了全IP的组网方式是网络演进的趋势，在技术上具有先进性，在组网方面可以降低建网的成本，并可以灵便扩展网络，是网络演进的方向并有利于与固网NGN的融合。从网络演进的观点看，IMS这种组网方式适合于全业务运营商，因为这样可以较好的实现资源的共享、业务的共享以及网络的综合管理。目前，包括Siemens、
3、Nokia.NorteLEricssonMotorolaLucent、NECAlcatek兴、华为都在致力于IMS系统的研发，部份厂家已经推出了IMS演示、测试系统甚至预商用系统。2 IMS的基本功能和主要特点在UMTS中，IMS的基本功能是为3G挪移通信的多媒体服务提供支持，包括两个基本部份：1）在PS域承载上提供3G挪移通信的IP多媒体服务IP多媒体服务通过PS域提供传输承载，IMS的功能主要是当挪移用户要使用IP多媒体业务时，提供相应的资源许可鉴权和基于QoS的呼叫控制（会话的建立、终止等）。2）实现与传统的电路交换网络互通多媒体子系统通过媒体网关实现与传统电路交换网络（PSTN）的互联
4、，这样不通过核心网的CS域也可以实现两个网络之间的互通。普通地，IMS提供的IP多媒体业务可以是以下一种或者几种情况组合：Rt（实时）和Nrt（非实时）如游戏、话音、视频流、音频流、即时信息、聊天、网页浏览等。具体而言，IMS可以引入的新业务有：1） PoC（PushToTalkOverCellular）业务：PTT手机与普通对讲机有所不同，一是对讲机毋需通过网络，PoC是通过无线挪移网络对话，通话范围再也不局限于几公里之内，只要是在挪移网络覆盖的地方，就能进行双方对话。二是和普通对讲机只能在短距离内，靠功率发射通话相比，这一业务有强大优势，包括可以漫游。普通手机无法使用PTT功能，但一部份支
5、持高通BREW的手机将来可以通过软件升级来支持PTT技术。同时PTT手机与普通手机也有很大区别，PTT手机可在界面上设置类似于QQ或者MSN的好友列表，也可设置多个群组，并能随意修改个人在线或者隐身等状态。既能选择某个人单聊，也可实现与三人以上的群组共同对话，还能进行语音短信、家庭会议等复杂业务。用户无论漫游到全球的任何地方，都能享受易于使用的“一键通”体验。它的推出满足了用户对“一键通”和IMS的巨大市场需求。PoC技术的应用是基于IP网络的，其成本远远低于普通的手机语音业务。作为一种新型的挪移通信业务，其潜在的营收和利润增长点，正受到包括运营商和设备提供商在内的通信界的极大关注。2） IP
6、电话业务随着宽带IP接入的普及，IP终端电话成为新的热点，例如现在一些运营商正在推广的IP超市（类似于IP公用电话亭），基于H.323的IP终端电话未能普及除了以前缺乏IP宽带接入这个原因外，还因为H.323的用户认证向来是一个问题，此外H.323终端价格昂贵也是一个原因。现在采用SIP基本上克服了这些问题，SIP软件被免费集成在MicrosoftWinXP操作系统中，因为SIP如此简单，甚至有运行在Linux,PocketPc,Symbian上的SIPClient软件，使得手持终端上的SIP应用也成为可能，而且SIP还支持完善的用户认证机制。所以基于SIP的IMS彻底可以被用来作为IP终端电
7、话系统。3）串行振铃和并行振铃业务因为一个SIP用户可以同时在不少终端上注册，比如他可能有几个固定办公电话，还有无绳电话，挪移电话，便携PC等，每种终端可以实现不同的功能，比如便携PC支持视频而固定SlP电话可能连P&M都不支持，用户不需要总是带着所有终端，在各种情况下他只带着其中一些，比如开会时他可能只带着便携PC。串行振铃业务是当此外一个用户呼叫该用户时，系统会根据该用户设定的次序和等待时间挨次振铃该用户的各种终端，直到该用户接通为止。而并行振铃业务则是系统同时振铃该用户的所有注册终端，直到该用户接通为止。4）会晤转移业务会晤转移业务包括无条件转移，无应答转移和遇忙转移，该用户可以定制转移
8、的统一资源标识（URI）,当条件符合时，呼叫被转移到设定的目标。这种业务和传统电话呼叫转移业务功能相同，只是增加了新的媒体类型。5）主叫标识显示业务和传统电话的主叫号码显示意义相同，只无非显示在被叫终端上的不只是主叫的SIPURL而可能是任何媒体，比如一张主叫的照片、一段声音或者视频片断。根据系统的提示，主叫可以事先将要传送的标识上传到系统中存储，当主叫呼叫被叫时，SlP消息报文将主叫标识的统一资源地址（URL）传到被叫，被叫终端自动打开该URL,从而看到主叫的标识。IMS系统有以下特点：1）采用IETF定义的一些协议，如SIP作为多媒体呼叫控制协议，Diameter作为鉴权认证协议，CoPS
9、作为策略协议等。2）接入无关性。IMS位于IP承载之上，保持相对独立性。IMS可以应用于CDMA2000系统中，采用CDMA2000、WLAN等其他无线接入方式3）为解决IP管理问题IMS引入了IPv6,成为运营商部署IPv6网络的最大推动力。4）归属控制（HomeeontroI）。漫游客户的业务由其归属网络控制。5）提供IP多媒体服务需要的安全、计费、漫游和QoS功能。其中，采用SlP协议和与接入的无关性是IMS的核心特点。在NGN架构中，智能多媒体用户终端和呼叫控征服务器之间采用的信令协议为SlP协议。目前，SlP作为可以较好实现多媒体业务的协议标准之一，其设计思想沿袭了IETF一贯的简单
10、性、可扩展性和可编程性，相反，尽管ITUT的H.323标准比较完善、严谨，但是其复杂度和扩展性却成为困扰开辟者与使用者的一道难题，这些从H.323V3和V4的制定进度中也可见一斑。目前电信业务的发展已经到达了个人通信的重要阶段，传统的多媒体业务结构无法支持挪移多媒体通信的需求，3GPP采用的SlP体系结构和IMS为满足下一代的电信业务需求打下了基础。IMS支持2G和3G的挪移接入方式，还不能支持固定接入方式。在网络融合的发展趋势下，3GPP、ETSl和ITU-T都在研究基于IMS的网络融合方案，目的是使IMS成为基于SlP会话的通用平台，同时支持固定和挪移的多种接入方式，实现固网和挪移网的融合
11、。3 IMS系统实现3.1 IMS网络结构在3GPP中定义的IMS网络架构如下图:IMS结构可以按网元分处的关系划分为三个逻辑区域：归属域(HOmeNetWOrk),拜访域(ViSitNetwork)和网关域(GatewayNetwork)0网关域的功能非常简单，就是完成IMS和话音交换网(包括PSTN,PLMN等)的互通。在全SIP网络中不需要网关域。拜访域和归属域包括多个网元实体，实现SIP客户端和功能。通过受理SlP客户端的注册和呼叫，根据主叫/被叫的SlPURl(UnifiedReSoIlrCelden饼iej定位其相应的归属域，以完成注册过程和呼叫接续。拜访域可以通过多个P-CSCF
12、网元共存以实现负载分担，在规划网络的时候，可以根据该区域内活动用户数目(包括本地用户和漫游用户)来配置P-CSCF的数量。归属域和地理区域没有本质的关系，但是和SIPURI(SIP:USerdOmain)中的domain有对应关系，普通来说，每一个domain都应该有自己的归属域，但是对于用户数目不多的domain来说，几个domain可以共享一套归属域设备，这也意味着运营商可以将归属域设备租用给企业用户，因此企业用户不需要购置相对昂贵的归属域设备。IMS系统主要包括以下功能实体：3.1.1 CSCF(CallSessionControlFunction)CSCF是整个网络的核心，支持SiP协
13、议处理SlP会话。在功能上，CsCF划分为P-CsCF(ProxyCSCF)、I-CSCF(InterrogatingCSCF)S-CSCF(ServingCSCF)oP-CSCF是UE接入IMS系统的入口，实现了在SlP协议中的PrC)Xy和USerAgent功能;PCSCF的作用就像一个代理服务器，它把收到的请求和服务进行处理或者转发，它不会对SlP的INVrrE消息中请求的URl进行修改。用户设备通过一个“本地CSCFDiSCoVery”流程来得到P-CSCF的地址。在异常情况下，P-CSCF可以中止或者独立产生SIP的事务。S-CSCF执行会话控制功能。它可以根据网络运营商的需要，维持
14、会话状态信息。在同一个运营商的网络中，不同的SCSCF可以有不同的功能。但在呼叫过程中，S-CSCF完成如下功能：&注册。&处理会话相关预会话无关的消息流。&当代表主叫的终端时，根据被叫的名字（如电话号码或者SIPURI）从数据库中获得为该被叫用户提供服务的网络的I-CSCF的地址。如果被叫在另一个网络，就把SIP请求或者响应前转给该I-CSCF；如果被叫与主叫在同一个网络，就把SIP请求或者响应前转给该网络中的I-CSCF。根据运营策略，把SlP请求或者响应前转给IP多媒体核心网子系统外的ISP的SlP服务器。当呼叫要路由到PSTN或者是CS域时，就把SIP请求或者响应转发给BGCFo&当代
15、表被叫的终端时，如果用户在归属网络中，就把SIP请求或者响应前转给P-CSCF；如果用户在拜访网络中，就把SIP请求或者响应前转给I-CSCF（需要网络隐藏时）。根据HSS和业务控制功能的交互，把要路由到CS域的入局呼叫的SIP请求进行修改。当呼叫要路由到PSTN或者是CS域时，就把SIP请求或者响应转发给BGCFo&生成计费记录。在有些情况下，不同的网络运营商之间可能需要隐藏内部的逻辑，此时，在拜访网络的P-CSCF和归属网络的S-CSCF之间会插入一个设备，称为I-CSCF,该设备对进出归属网络的SlP信令转接。I-CSCF可以充当网络所实用户的连接点（被叫时），也可以用作当前网络服务区内
16、漫游用户的服务接入点。在一个网络中可以有多个I-CSCF。3.1.2 BGCF（BreakoutGatewayControlFunction）出口网关控制功能BGCF用来选择与PSTN（或者CS域）接口点相连的网络。如果BGCF发现自己所在的网络与接口点相连，那末BGCF就选择一个MGCF,该MGCF负责与PSTN（或者CS域）的交互。如果接口点在另一个网络，那末BGCF就把会话信令转发给另一个网络的BGCF0BGCF在选择与PSTN相连的网络的时候，会利用收到的其它协议的信息和管理信息。BGCF的主要功能如下：&收到S-CSCF的请求后，为呼叫选择一个适当的PSTN（或者CS域）接口点。&选择一个与PSTN（或者CS域）相连的网络。如果本网络没有与PSTN相连，那末BGCF就把SIP信令转发给与PSTN（或者CS域）
