1 VoLTE网络各节点功能介绍
1.1 S-CSCF
S-CSCF是IMS的核心所在,它位于归属网络,为UE进行会话控制和注册请求,但当UE处于会话中 时,S-CSCF处理网络中的会话状态。在同一个运营商的网络中,可以有多个S-CSCF。S-CSCF执行的功 能包括:
• 作为注册服务器,对来自UE的注册请求消息进行处理
• 与归属用户服务器的交互,完成对用户的认证和鉴权,更新归属用户服务器上用户的注册状态信息
• 认证通过之后,从归属用户服务器下载用户相关信息
• 为移动终端提供业务相关的信息,并对移动终端的会话进行控制
• 从数据库中获得I-CSCF的地址,并转发SIP请求或响应到I-CSCF
• 对于路由到PSTN或CS域的呼叫,转发SIP请求或响应到出口网关控制功能BGCF模块
1.2 P-CSCF
P-CSCF是IMS中用户的第一个联系节点(在信令平面),从SIP的角度来看它是一个出站/入站的SIP代理服务器,所有的SIP信令,无论是来自用户设备(UE),还是发送给UE的,都必须经过P-CSCF。UE使用本地CSCF发现机制可以获得P-CSCF的地址。P-CSCF负责验证请求,将它转发给指定的目标,并且处理和转发响应。P-CSCF执行的功能包括:
• 转发从UE接收的SIP注册请求到由UE归属域名决定的I-CSCF
• 转发从UE接收的SIP消息到S-CSCF,该服务器的名字由P-CSCF在该UE发起注册规程时得到
• 转发SIP请求或响应到UE
• 负责维持UE和P-CSCF之间的安全关联以及为SIP信令应用完整性和机密性保护
• 执行SIP消息压缩和解压缩
• 和策略决策功能(PDF)交互,授权承载资源并进行QOS管理
• 发送计费相关的信息给计费采集功能(CCF)
1.3 I-CSCF
I-CSCF是一个运营商网络内部的接触点,所有与这个网络运营商的用户连接都要经过这个实体。在一个网络中可以有多个I-CSCF。I-CSCF执行的功能包括:
• 为一个发起SIP注册请求的用户分配一个S-CSCF
• 在对会话相关和会话无关的处理中,将从其他网络来的SIP请求路由到S-CSCF
• 查询HSS,从HSS中获取为某个用户提供服务的S-CSCF地址
• 根据从HSS获取的S-CSCF地址,转发SIP请求或响应到S-CSCF
• 执行拓扑隐藏网络间网关功能,运营商可使用I-CSCF中的拓扑隐藏网络间网关(THIG)功能来向网络外部隐藏配置、能力以及网络拓扑
• 发送计费相关的信息给CCF
1.4 SBG
SBG,Session Border Gateway,会话边界网关。SBG是爱立信您部署在网络中的会话控制器节点,业界一般称为SBC(Session Border Controller,会话边界控制器)
爱立信的SBG分为A-SBG和N-SBG:
• A-SBG:Access SBG,位于IMS核心网和接入网之间。其负责处理用户从接入网发来的SIP注册请求,并将该请求转发到核心网的CSCF。A-SBG还可以被配置为A-ALG或P-CSCF。。A-SBG的MP或外部BGF也被称为C-BGF。
• N-SBG:Network SBG,位于IMS核心网和外部网络(external network)之间。N-SBG也可能位于两个SIP网络之间,或者一个SIP网络和一个H.323网络之间。N-SBG的SGC也被称为IBCF。N-SBG的MP或外部BGF也被称为I-BGF。
• A+N SBG:一台SBG物理设备既可以充当N-SBG,亦可以充当A-SBG,还可同时充当两者,这均由内部软件配置来实现。
SBG的核心功能包括:
• 网络互联互通。SBG使得IMS网络可与外部网络(如GSM、PSTN网络)进行通讯
• NAT穿越,Network address。这是SBG的核心功能之一,既穿过客户现有网络中的NAT设备和防火墙设备,提供SIP服务的能力
• 安全性。SBG可以有效保护IMS核心网
SBG具备网络拓扑隐藏功能,通过从信令中删除内部网络信息(如核心网内各网元的IP地址),以避免此类信息的外泄,从而保护核心网
SBG通过预先识别恶意媒体包,从而保护核心网
SBG通过预先识别恶意媒体包,从而保护核心网
SBG还可防止DOS攻击
• QoS,服务质量控制。SBG可通过强制执行运营商的服务等级协议,控制终端用户的通信质量
监控通话数量、带宽使用率,拒绝新会话以保障现有会话的通信质量
执行服务质量策略。检查媒体流是否符合策略,并丢弃额外的
与策略不符的数据,以避免盗用服务和媒体DOS攻击
SBG提供查分服务,即根据IP包的优先级来确定服务优先级,以确保对用户的服务收费和其享受的服务质量一一对应
• B2BUA。A-SBG和N-SBG均可扮演“背靠背用户代理”角色,拦截会话信令(SIP或H.232)。SBG网元的SGC板(session gateway controller)负责此功能
• Firewall。SBG根据既定规则,对通过的媒体参数进行甄别过滤。SBG网元的MP板(media proxy)负责此功能
• DNS查询。当终端发出的信令携带的目的地址是域名地址是,SBG可向IMS网络内的DNS服务器发起DNS查询,以求得目的地的IP地址
• 其他功能。如紧急通话、CSCF冗余等
1.5 MGCF
MGCF(Media Gateway Control Function,媒体网关控制功能)
控制一个或多个IM-MGW中媒体信道的连接,管理PSTN承载和IP流间的连接,从CSCF那里收到SIP消息,确定IM-MGW要建立什么内容,并创建适当的ISUP消息,送到T-SGW。
MGCF根据被叫号码和来话情况选择CSCF,并完成PSTN与IMS之间的呼叫控制协议转换。主要是将IP消息转换成ISUP或Megaco消息。
1.6 BGCF
BGCF(Breakout Gateway Call Function,出口网关控制功能)
BGCF主要实现呼叫路由功能,用来选择与PSTN/CS域切入点相连的网络,收到S-CSCF请求,为呼叫选择适当的PSTN接入点。
• 若发现该接口点与自己在同一网络,则选一个MGCF,由MGCF来负责与PSTN交互
• 若发现接口点在另一网络时,BGCF会把会话信令转发给另一个网络相应的BGCF
1.7 IM-MGW
IM-MGW(IP Multimedia MGW,IP多媒体媒体网关控制器)
在MGCF的控制下完成资源控制,通过回波消除器和码转换器,实现媒体转换盒帧协议转换功能,将媒体从一个形式转换到另一个形式,UMTS中一般是PSTN的PCM和基于IP的编解码格式。
1.8 BGF
边界网关功能(BGF)是一个包到包的网关,也是策略执行单元。BGF完成网络地址转换、门控、QoS标记、带宽限制、使用测量以及资源同步功能。
1.9 IMS多方会话功能单元
如果遇到多方会话时,加入了MRF模块。MRF分为MRFC(Media Resource Function Controller Part,多媒体资源功能控制部分)和MRFP(Media Resource Function Process Part,多媒体资源功能处理部分),分别完成媒体流的控制和承载功能,根据S-CSCF和/或应用服务器的调用,MRFC通过H.248和RTSP协议控制MRFP完成相应的媒体流编解码、转换、混合和播放。
MRFC:
MRFC(Media Resource Function Controller Part)控制MRFP中的媒体流资源,翻译来自应用服务器和S-CSCF的信息。
MRFP:
MRFP(Media Resource Function Process Part)控制Mb接口点的承载,处理多媒体流(如语音编码的转换、媒体流分析等),在多方会议时,混合输入的媒体流。
1.10 ATCF和ATGW
IMS域新增两个节点ATCF(Access Transfer Control Function)和ATGW(Media Access Transfer Gateway),用于保持切换的过程中端到端用户信令和承载通道的连续性,避免因切换时延过长引起的掉话问题。
1.11 DRA
随着LTE时代的到来和基于EPC/IMS/PCC的下一代核心网网络部署,未来核心网是一个基于IP的全互联的网状网络,随着网络的不断扩大,全互连网络带来业务、安全、维护及扩展性等问题,如何构建下一代核心网的信令网成为关注重点。通过下一代信令网DRA(Diameter Routing Agent,路由代理)的部署和建设,可以真正实现未来核心网逐步的扩展,简化网络,实现快速部署、高效维护及增强网络安全。
DRA类似2G/3G网络中的STP的功能,由其根据用户的IMSI、网络域等信息进行域内HSS的寻址或者域间DRA的寻址。
通过DRA部署,可以简化组网复杂性,并降低维护成本,提升网络的可维护性。同时协助屏蔽端局的变化、设备升级、网元配置信息变化,提升网络的可扩展性。同时在运营商间,可以通过DRA的部署,屏蔽网络内部信息,实现网络互连互通安全性。
1.12 IPWorks / DNS
IPWorks是爱立信的DNS/ENUM设备,DNS/ENUM是IMS网络中的重要网元,位于IMS网络的核心层。
其中DNS提供域名到IP地址的相互转换, IMS中各网元之间的寻址都可以通过DNS进行域名到IP地址的解析来实现,所以它是IMS网络中重要的网元设备。
IMS网络中的核心网元如CSCF都需要到DNS来解析下一跳的IP地址,而且在多域互通的场景下更需要多级DNS的场景,例如IMS域1要与域2互通,那么IMS域1中的二级DNS可查询一级DNS来获得IMS域2的二级DNS内容,具体可采用递归或迭代方式。
ENUM提供将E.164号码转换成SIP URI的功能。由于IMS网络中实现路由需要基于SIP URI方式,所以需要ENUM将E.164号码转换成SIP URI来实现后续路由功能。
1.13 MTAS
在MMTel向终端用户提供的语音业务中,MTAS(Multimedia Telephony Application Server)作为多媒体语音业务的引擎与IMS 核心网络设备CSCF、MGCF和MGF 等网元一道向终端用户提供语音业务和完成主、被叫的多媒体语音业务处理。
1.14 MRS
多媒体彩振业务(MRS)是一种采用多媒体作为振铃音的增值业务。多媒体彩振是一个基于主叫,展示在被叫终端的业务。
多媒体彩振业务平台属于IMS网元中的一个SIP AS,位于业务层之上。彩振业务平台通过基于SIP的ISC(Internal Service Control)接口,与S-CSCF进行信令交互。SIP硬终端、SIP软终端、CDMA终端等都可以通过IMS承载层接入IMS网络,使用多媒体彩振业务。
IMS域彩振业务平台按照功能逻辑可划分为4大部分,分别为SIP前台、AS、数据库、Portal。在实际组网中,这些逻辑部分可以实现在一个或多个物理实体上,多个SIP前台与多个AS之间可以交叉相连。各功能实体功能描述如下:
1.15 UDC系统
传统架构中的不同数据存储型节点(如HLR、HSS等)都由2部分构成,一部分用来处理逻辑业务,一部分用来存储用户数据,他们之间都是相互独立的。
随着技术的发展,用户数据也开始采用分层架构。UDC(User Data Consolidation)解决方案中数据架构主要可以分为2层:应用层与数据层。也就是说需要把原来的一个节点划分成两个单独的节点来实现不同的功能。在应用层中主要是各种网络应用节点以及前端节点(例如HLR-FE,HSS-FE以及其他一些应用前端节点),他们主要负责与核心网的节点(例如MSC-S)进行通信。前端节点还保持着与之前节点相同的功能-处理业务,当收到来自核心网节点的信令消息之后,这些前端节点会做各种各样的信令逻辑运算。而原来节点的所有的用户数据部分就集中到了另一个节点上,这个节点就叫做CUDB(Centralized User Database)集中性的用户数据库。
HLR-FE / HSS-FE:
HLR(归属位置寄存器)是管理移动用户的数据中心。全业务背景下固定用户与移动用户数据进行 数据融合的需求迫切,传统的集中式HLR已难于适应融合的统一用户数据管理需求。在2G/3G核心网络融合及IMS网络大发展情况下,移动网传统集中式HLR将如何演进?目前业界普遍看好传统HLR向未来分布式HLR、HSS平滑演进。
分布式HLR、HSS实现了业务逻辑与用户数据的分层,数据库开放灵活的接口及架构正是顺应了移动核心网络朝着全业务、全IP网络方向发展的趋势,通过建立统一用户数据中心,可有效简化网络,降低维护费用,提高数据的安全性,缩短新业务发布时间,促进业务创新,为运营商提供有竞争力的业务融合奠定基础。
CUDB:
CUDB系统内部还可以划分为2层,处理层(Processing Layer)和数据存储层(Data Storage Layer)。处理层主要用于处理来自前端节点的各种各样的信令消息,并且将其转换成CUDB内部数据存储指令到数据存储层中存放或取出数据,而数据存储层又分为多个数据存储单元(Data Storage Unit),每个单元都会存储一部分用户数据。
这种数据的分层架构最大的特点就是将原来传统架构中的节点进行功能上的划分,前端专门用来处理业务,而CUDB专门用作用户数据的储存。CUDB是一种集中性的用户数据库,他可以在网络中为各种数据提供存储,备份,恢复,管理以及开通业务等功能。
CUDB的优势在于:
• 高存储容量与吞吐量
• 高扩展型与可用性
• 支持跨地域的冗余备份保护(1+1或1+1+1)
• 支持单点访问(SPoA)
• 灵活的管理网络数据资源
• 使用DIT信息架构树状结构数据库,增加新功能时不影响已有架构
• 简化用户开户流程
• 支持与非爱立信的节点进行联调
PG:
PG,Provisioning Gateway。PG作为UDC方案中的3个必选节点之一,是爱立信的通用配置接口方案,为UDC提供BOSS的配置接口。
除此之外,PG还提供了其他的功能例如:
• 平滑不掉线升级支持(需MA AS或者BOSS支持)
• 双路并发配置HLR与UDC(需MA AS或者BOSS支持)
• 前向兼容配置接口,同时提供新型CAI3G配置接口
1.16 EPC系统
EPC(Evolved Packet Core) 核心网主要由移动性管理设备(MME)、服务网关(S-GW)、分组数据网关(P-GW)、存储用户签约信息的HSS、策略控制单元(PCRF)等组成, 其中S-GW 和P-GW可以合设,也可以分设。EPC 核心网架构秉承了控制与承载分离的理念,将分组域中SGSN 的移动性管理、信令控制功能和媒体转发功能分离出来,分别由两个网元来完成,其中,MME 负责移动性管理、信令处理等功能,S-GW 负责媒体流处理及转发等功能,P-GW 则仍承担GGSN 的职能。LTE 无线系统中取消了RNC 网元,将其功能分别移至基站eNodeB 和核心网网元,eNodeB 将直接通过S1 接口与MME、S-GW 互通,简化了无线系统的结构。
1.17 eMSC (SRVCC)
LTE用户漫游到CS域后的业务提供方式,有两种可选方案,一种是完全由MSC处理语音业务,另一种是通过MSC接入IMS域以提供语音业务,后者就是3GPP定义的ICS(IMS Centralized Service)架构,这需要升级现网MSC成为eMSC(增强的MSC)。