IMS核心构成与基本业务过程

1、IMS简介

 

IMS（IP MultimediaSubsystem）即IP多媒体子系统，是一个在IP的网上提供话音及多媒体通信业务的通用网络架构。IMS最初在3GPP规范R5版本上提出，定义了IMS的核心结构、网元功能、接口和流程等内容。R6版本对IMS进行了完善，增加了部分IMS业务特性、IMS与其他网络的互通规范和WLAN接入等特性；R7加强了对固定、移动融合的标准化制定，要求IMS支持xDSL、cable等固定接入方式。

IMS采用其业务、控制、承载接入完全分离的水平架构（如下图）。

其核心控制层，通常称为IMS CORE，是IMS最关键的部分，它提供的基本的IMS功能特性。本文将针对IMSCORE的系统构成及基本业务过程进行介绍。

2、IMS Core系统构成

IMS Core是一个基于SIP和Diameter的信令网，它主要负责SIP消息的路由、多媒体会话的控制，以及IMS用户签约信息的存储与访问支持。

IMS CORE系统主要由CSCF（Call Session ControlFunction，呼叫会话控制功能实体）和HSS（Home Subscriber Server，归属用户服务器）构成。

CSCF主要负责处理多媒体呼叫会话过程中的信令控制。它管理IMS网络的用户鉴权，IMS承载面QoS，与其它网络实体配合进行SIP会话的控制，以及业务协商和资源分配等。

CSCF根据其在网络中承担的功能可以划分P-CSCF（ProxyCSCF，代理CSCF)，I-CSCF（Interrogating CSCF, 查询CSCF)，S-CSCF (ServingCSCF, 服务CSCF)三种。

P-CSCF是IMS拜访网络的统一入口点。所有从IMS终端发起和终止于IMS终端的会话控制消息都要通过P-CSCF。P-CSCF作为一个SIPProxy，负责与接入网络无关的用户鉴权与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(PolicyDecision Function)进行承载面的NAT与QoS等功能等。

I-CSCF是IMS归属网络的入口点。对一个IMS用户进行寻址时，首先根据其归属网络的域名通过DNS查询将会找到I-CSCF。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，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在IMS网络会话控制中处于核心地位，它接受用户终端通过P-CSCF发来的注册请求，与HSS配合进行用户鉴权，然后记录用户当前的P-CSCF地址。并从HSS处下载用户签约的业务数据。S-CSCF对于用户所有呼叫进行控制管理，主要包括到P-CSCF的路由、到AS的业务触发等等。

HSS是3G系统的核心用户数据管理网元。从3GPP Release5阶段开始，HLR/AUC网元升级为HSS，除了原有的与CS、PS域网元的接口功能之外，增加与IMS域网元的接口功能，包括移动性管理、会话建立、鉴权信息产生等功能。HSS存储IMS中所有用户和与业务相关的数据。另外在网络配备多个HSS的情况下，SLF提供查找HSS的机制。

3、IMS 用户注册过程

 

注册过程是支持IMS用户移动性的关键。IMS用户注册的目的是将用户当前的 SIPURI登记到归属网络的S-CSCF中。这样无论IMS用户在移动/漫游在何处，都可被服务。比如发起和接受呼叫，使用归属域提供的业务等等。

通常初始注册过程中还包括了对用户的鉴权过程。为了简单起见，下面的例子中忽略了鉴权过程。

注册过程大体应该是：

1. UE 首先向P-CSCF 发送SIPREGISTER请求，消息体中含有用户标识（To/From）和归属网络域名(Request-URI)。
2. P-CSCF 通过归属网络域名来发现归属IMS网络的入口（I-CSCF），然后将自身地址和自身网络标识插入SIPREGISTER请求消息中（Path，P-Visited-Network-ID），并转发给I-CSCF。
3. I-CSCF向HSS发送Cx用户注册状况查询消息，其中中包含用户私有标识（private useridentity）、用户公开标（public user identity）和拜访域名（visited domainname）等等
4. 由于用户之前已注册，HSS向I-CSCF返回分配给用户的S-CSCF地址。
5. I-CSCF 将SIP Register消息的Requset-URI改为用户的S－CSCF地址，并发往S-CSCF。
6. S-CSCF 通过Cx 接口向HSS 提交用户标识和对应的S-CSCF 名称，HSS 将这些信息进行存储。
7. S-CSCF 从HSS处下载用户的相关信息（如一个或多个名称/地址信息、安全信息等等）,并把这些信息存储在本地数据库中。
8. S-CSCF 向I-CSCF 回复200 OK 消息。
9. I-CSCF 转发给向P-CSCF。
10. P-CSCF 向UE 回复200 OK 消息，并释放所有注册信息。此时，UE已准备好可以使用所需的多媒体服务了。

4、IMS会话建立过程

用户使用任何一个IMS业务通常都意味着要建立一个会话。IMS会话是实现任何一个业务的基础。

下面的例子给出了一个完整的端到端的会话建立过程。

会话建立过程的大致描述如下：

1. 主叫UE向P-CSCF发送SIP INVITE请求。P-CSCF将消息路由到主叫用户的S-CSCF 。
2. S-CSCF通过Cx接口从HSS获得用户的业务订购信息
3. 根据用户的业务订购情况，S-CSCF触发向相应的AS，执行主叫用户业务
4. S-CSCF查询被叫归属域入口（I-CSCF），并将消息转发给I-CSCF。
5. I-CSCF查询HSS获得被叫当前的伺服S-CSCF，并将消息转发给S-CSCF
6. S-CSCF通过Cx接口从HSS获得用户的业务订购信息
7. Technorati 标签: S-CSCF,P-CSCF,HSS
   Technorati 标签: IMS,SIP
8. 根据用户的业务订购情况，S-CSCF触发向相应的AS，执行被叫用户业务
9. S-CSCF将消息转发给P-CSCF接续被叫用户UE。

4、结束语

本文给出了认识IMS的一个起点。IMS还有非常多个相关内容。其中最具特色的在于其业务提供体系，后继的内容请关注本博客后继的文章。