IP多媒體子系統(tǒng)綜述
2016-04-27 17:17:01 安裝信息網(wǎng)
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3GPP R5所規(guī)范的IP多媒體子系統(tǒng)(IMS,IP Multl-media Subsystem),是為了在3G核心網(wǎng)中支持多媒體會(huì)話以及其它基于SIP的業(yè)務(wù)而提出的。其主要目的是將蜂窩移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái),向用戶提供一個(gè)具有電信級(jí)QoS保證,能提供綜合業(yè)務(wù)的下一代通信網(wǎng)絡(luò)。它的主要特點(diǎn)是采用了SIP協(xié)議、獨(dú)立于接入和承載技術(shù)。以IMS為核心的NON網(wǎng)絡(luò)己被認(rèn)為是適應(yīng)未來(lái)固定網(wǎng)與移動(dòng)網(wǎng)融合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
IMS體系結(jié)構(gòu)
IMS的體系結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1,包括以下功能實(shí)體
歸屬用戶服務(wù)器(HSS,Home Subscriber Server)
HSS是存儲(chǔ)用戶相關(guān)信息的中心數(shù)據(jù)庫(kù),相當(dāng)于傳統(tǒng)移動(dòng)網(wǎng)的HLg。HSS除了存儲(chǔ)用戶的簽約信息與位置信息外,還保存有與用戶相關(guān)的、用來(lái)處理多媒體會(huì)話的定制數(shù)據(jù),包括:本地信息、保密信息(證明與授權(quán)信息)、注冊(cè)信息、業(yè)務(wù)觸發(fā)信息、用戶個(gè)人信息和分配給用戶的S-CSCF等。
如果一個(gè)網(wǎng)絡(luò)配置多于一個(gè)HSS,則需要配置用戶位置功能(SLF, Subscriber Location Function)實(shí)體。SLF僅僅是一個(gè)映射用戶地址到其所屬HSS的數(shù)據(jù)庫(kù)的節(jié)點(diǎn)。
呼叫會(huì)話控制功能(CSCF, GalI Session ControlFunction)
呼叫會(huì)話控制功能(cSCF)實(shí)體是整個(gè)IMS網(wǎng)絡(luò)的核心,主要負(fù)責(zé)處理多媒體呼叫會(huì)話過(guò)程中的日IP信令。其功能包括:多媒體會(huì)話控制、地址轉(zhuǎn)換、以及對(duì)業(yè)務(wù)協(xié)商進(jìn)行服務(wù)轉(zhuǎn)換等,相當(dāng)于日曠服務(wù)器。CSCF進(jìn)一步可劃分為:
(1)代理CSCF(P-CSCF)
P-CSCF(Proxy-CSCF)是連接MS終端(UE)和IMS網(wǎng)絡(luò)的入口節(jié)點(diǎn),所有IMS終端發(fā)起和終止于IMS終端的會(huì)話消息都要通過(guò)P-CSCF。P-CSCF實(shí)際上扮演了一個(gè)代理服務(wù)器的角色,它接收SIP請(qǐng)求與響應(yīng),并向IMS網(wǎng)絡(luò)或Ms用戶轉(zhuǎn)發(fā)。P-CSCF可以處于拜訪網(wǎng)絡(luò)或歸屬網(wǎng)絡(luò)。
(2)查詢CSCF(I-CSCF)
I-CSCF(Interrogating-CSCF)是處在外地網(wǎng)絡(luò)的IMS終端(包括本地漫游至外地的終端)進(jìn)入本地IMs網(wǎng)絡(luò)的入口節(jié)點(diǎn),I-CSCF路由外地終端的slP請(qǐng)求和響應(yīng)到本地S-CSCF。I-CSCF處于歸屬網(wǎng)絡(luò),在特殊情況下,也可以處于拜訪網(wǎng)絡(luò)。
(3)服務(wù)CSCF(S—CSCF)
S-CSCF(Servlng-CSCF)是SIP信令平面的中心節(jié)點(diǎn), 其作用類似于軟交換系統(tǒng)中的軟交換設(shè)備。s—CSCF為IMS終端執(zhí)行會(huì)話控制服務(wù),并保持會(huì)話狀態(tài)。所有IMS終端發(fā)出與接收的SIP信令都要通過(guò)S-CSCF,它檢查這些sIP信令,決定是否需要訪問(wèn)應(yīng)用服務(wù)器,并將信令轉(zhuǎn)發(fā)至最終目的地。S-CSCF還提供SIP路由服務(wù),路由SIP請(qǐng)求或響應(yīng)到PSTN或CS域。S-CSCF總是處于歸屬網(wǎng)絡(luò)。
應(yīng)用服務(wù)器(AS)
應(yīng)用服務(wù)器(AS,Application Server)是持有和執(zhí)行服務(wù)的SIP實(shí)體,可以起到SIP用戶代理的作用,用以提供各種3G業(yè)務(wù)。
多媒體資源功能(MRF)
多媒體資源功能為會(huì)話提供必要的媒體資源,如會(huì)議橋、多媒體彩鈴/彩話、錄音通知、語(yǔ)音短信、動(dòng)畫(huà)、音樂(lè)等。其中的多媒體資源功能控制器(MRFC,Mul-timedia Resource Function Controrler)負(fù)責(zé)管理與處理媒體資源,而媒體的具體處理則由媒體資源功能處理器(MRFP, Multimedia Resource Function Processor)來(lái)完成。
出口網(wǎng)關(guān)控制功能(BGCF,Breakout GatewayControl Function)
BGCF實(shí)體是一個(gè)具有路由功能的SlP實(shí)體,是IMS域與外部網(wǎng)絡(luò)的分界點(diǎn)。當(dāng)IMS終端向PSTN/CS域發(fā)起呼叫時(shí),由BGCF決定向那個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)信令,如果目的PSTN/CS域?yàn)楸镜赜?則BGCF向與PSTN/CS域接口的MGCF轉(zhuǎn)發(fā)信令;否則, 向外地域的另一個(gè)BGCF轉(zhuǎn)發(fā)信令。
媒體網(wǎng)關(guān)控制功能(MGCF,Media Gateway ControlFunction)
MGCF實(shí)體是IMS網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互通的功能實(shí)體。主要負(fù)責(zé)控制層面信令的互通,在IMS的框架中已經(jīng)考慮了和PSTN域以及與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)CS域的互通。其中的MOCF主要完成媒體網(wǎng)關(guān)/信令網(wǎng)關(guān)(Maw/SGW)注冊(cè)、呼叫控制和MGW/SGW資源管理等功能。媒體網(wǎng)關(guān)(MGW)主要完成IMS網(wǎng)絡(luò)與電路交換網(wǎng)絡(luò)之間的媒體轉(zhuǎn)換功能;信令網(wǎng)關(guān)(SGW)主要完成IMS的SIP信令與電路交換的NO.7信令之間的信令轉(zhuǎn)換功能。
由上述可見(jiàn)IMS與軟交換相比較,對(duì)控制層面作了進(jìn)一步的分解,實(shí)現(xiàn)了會(huì)話控制功能(CSCF)實(shí)體與承載控制功能(MGCF)實(shí)體在功能上的分離。
IMS的會(huì)話建立過(guò)程
為了理解IMS網(wǎng)絡(luò)的基本工作原理,以下是兩個(gè)處于異地網(wǎng)絡(luò)的IMS漫游終端之間建立會(huì)話的例子。在該例中介紹了IMS終端對(duì)其歸屬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行注冊(cè)的SIP信令流程;以及IMS終端間呼叫建立的SIP信令流程。
假設(shè)有中國(guó)移動(dòng)的兩個(gè)IMS用戶。一個(gè)為南京wlh用戶,其SDP地址(SIP URl)為:sip:wlz@chinamobile.25.com;另一個(gè)為杭州Iwz用戶,其日J(rèn)P地址為:SIP:Iwz@chinamobile.571.com。目前他們均出差在外,其中的南京wIh用戶去了廣州(chinamobile.20.com);杭州lwz用戶去了深圳(chinamobile.755.com)。在南京wlh用戶到達(dá)廣州;杭州lwz用戶到達(dá)深圳后,將分別通過(guò)拜訪網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行SIP注冊(cè)(即IMS注冊(cè))。
用戶注冊(cè)SIP信令流程
在建立多媒體會(huì)話之前,IMS終端必需完成歸屬網(wǎng)絡(luò)的用戶認(rèn)證、接入網(wǎng)絡(luò)與SIP注冊(cè)。如果是拜訪網(wǎng)絡(luò)的漫游終端(UE),必需完成:
(1)UE通過(guò)激活GPRS PDP移動(dòng)場(chǎng)景(context)過(guò)程連接lP網(wǎng);
(2)UE完成其歸屬網(wǎng)絡(luò)的用戶認(rèn)證和接入網(wǎng)絡(luò);
(3)UE找到它要發(fā)送SIP注冊(cè)請(qǐng)求消息的拜訪網(wǎng)絡(luò)出口節(jié)點(diǎn)P-CSCF,以完成SIP注冊(cè)。
兩漫游用戶的SIP注冊(cè)(以下所提注冊(cè)均為SIP注冊(cè))過(guò)程如圖2所示,下面以wlh用戶注冊(cè)為例,通過(guò)具體注冊(cè)sIP信令流程,簡(jiǎn)述其通道建立過(guò)程如下:
①漫游至廣州的wlh用戶,發(fā)送REGISTER消息,啟動(dòng)注冊(cè)過(guò)程。注冊(cè)報(bào)文中包含了用戶標(biāo)識(shí)、歸屬網(wǎng)絡(luò)域名、用戶信息、會(huì)話描述信息等,并抵達(dá)拜訪網(wǎng)絡(luò)的p-
CSCF。
②廣州的P-CSCF查詢DNS服務(wù)器,該服務(wù)器對(duì)w帥用戶歸屬網(wǎng)絡(luò)的入口節(jié)點(diǎn)I-CSCF域名(即wlh用戶歸屬域的域名chinamobile.25.com)進(jìn)行解析,給出wlh用戶歸屬網(wǎng)絡(luò)I-CSOF的rP地址。
③P-CSCF將REGISTER消息轉(zhuǎn)發(fā)給南京的I-OSOF。
④I-OSCF向HSS提交用戶信息,HSS對(duì)用戶身份與服務(wù)權(quán)限進(jìn)行鑒權(quán)后,I-CSOF查詢HSS獲得為wlh用戶服務(wù)的S-CSCF;如果沒(méi)有,HSS指示I-CSCF根據(jù)需要的S-CSCF能力與可用的S-CSCF,分配一個(gè)S-CSCF為該用戶服務(wù)。
⑤I-OSCF轉(zhuǎn)發(fā)BEGISTER消息給該用戶的S-CSOF。
⑥S-OSCF從HSS處下載該用戶的相關(guān)信息(簽約信息、安全信息等)并將呃些信息存放在該S-OSCF的數(shù)據(jù)庫(kù)中。
⑦如果存在與注冊(cè)相關(guān)的業(yè)務(wù)應(yīng)用(例如:進(jìn)入多媒體服務(wù)的提示音與提示頁(yè)面等),即觸發(fā)相關(guān)的應(yīng)用服務(wù)器。
lwz用戶到達(dá)深圳后、進(jìn)行了類似的SIP注冊(cè)流程。在注冊(cè)的同時(shí)兩用戶各自建立了用戶設(shè)備(比)與As之間的信令通道。
呼叫建立SIP信令流程
假設(shè)wlh用戶發(fā)起對(duì)lwz用戶的視頻通話多媒體呼叫,其呼叫建立sIP信令流程見(jiàn)圖3,具體流程如下:
①漫游至廣州的wlh用戶通過(guò)己建立的信令通道,向其南京的歸屬網(wǎng)絡(luò)S-CSCF發(fā)出INVITE消息(SlP請(qǐng)求報(bào)文中包含了被呼用戶的slP UBI、多媒體呼叫類型等);
②若wlh用戶簽約了去話會(huì)話應(yīng)用,那么S-GSOF觸發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)器;
③南京S-CSCF根據(jù)被呼用戶的日l(shuí)P URl,查詢DNS服務(wù)器,得到被叫網(wǎng)絡(luò)的I-CSCF的尸地址;
④S-CSOF轉(zhuǎn)發(fā)INVITE消息給杭州IMS網(wǎng)絡(luò)的I-CSCF;
⑤I-CSCF查詢HSS,得到為wlh用戶服務(wù)的S-CSCF;
⑥I-OSOF將INVITE消息轉(zhuǎn)發(fā)給S-CSCF;
⑦若1wz用戶簽約了來(lái)話會(huì)話應(yīng)用(例:來(lái)話多媒體彩鈴業(yè)務(wù)),那么S-CSCF觸發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)器;
⑧S-CSCF通過(guò)己建立的信令通道,將INVITE消息發(fā)送至漫游至深圳的1wz用戶師。此時(shí),在兩個(gè)uE之間己建立了信令通道。在此過(guò)程中,呼叫請(qǐng)求與響應(yīng)slF報(bào)文的消息體之中,已包括了由會(huì)話描述協(xié)議(sDP)所描述的媒體控制信息。
⑨雙方終端為這次多媒體會(huì)話,激活話務(wù)用GPESPDP場(chǎng)景。
⑩請(qǐng)求策略決策功能(PDF)進(jìn)行qoS策略服務(wù),并與通過(guò)SIP協(xié)商的QoS進(jìn)行比較。協(xié)商通過(guò)后,廣州與深圳的兩地用戶終端就可利用先前交換的IP地址和端口號(hào)(不同媒體使用不同端口號(hào))開(kāi)始發(fā)送多媒體數(shù)據(jù)。
MS的業(yè)務(wù)架構(gòu)
IMS的業(yè)務(wù)架構(gòu)為三層架構(gòu),第一層為業(yè)務(wù)控制層,第二層為業(yè)務(wù)使能層,第三層為應(yīng)用層。為了細(xì)化IMS的業(yè)務(wù)分層架構(gòu), 引入了圖4的IMS的業(yè)務(wù)架構(gòu)框圖。
1.業(yè)務(wù)控制層
業(yè)務(wù)控制層由S-GSOF構(gòu)成,S-CSCF是日l(shuí)P的呼叫和會(huì)話控制器。S-CSCF從歸屬用戶服務(wù)器(㈠Ss)下載用戶服務(wù)配置信息,并根據(jù)具體業(yè)務(wù)應(yīng)用選擇相應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)器類型,以提供用戶所需的增值業(yè)務(wù)。
S-CSCF使用統(tǒng)一的IMS業(yè)務(wù)控制(ISC)接口與各種業(yè)務(wù)平臺(tái)相連接。Isc的引入使業(yè)務(wù)與控制互相獨(dú)立,各類業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)器可以采用一種統(tǒng)一的接口接入IMS,為IMS提供業(yè)務(wù)。
2.業(yè)務(wù)使能層
由于S-OSCF和ISC均采用SIP協(xié)議,而不論是傳統(tǒng)的CAMEL業(yè)務(wù)環(huán)境還是開(kāi)放業(yè)務(wù)體系應(yīng)用編程接口(OSAAPI)都不支持SIP,故需引入業(yè)務(wù)使能層作為一個(gè)中間匹配層。該層中的業(yè)務(wù)使能服務(wù)器(SCS)可分為:IM一SSF和OSA SCS兩種實(shí)體。
(1)CAMEL是通過(guò)CAP(CAMEL, Application Part)接入網(wǎng)絡(luò)中,CAMEL要接入IMS網(wǎng)絡(luò)需要通過(guò)lP多媒體業(yè)務(wù)交換功能([M-SSF)實(shí)體對(duì)CAP與SlP進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
(2)OSA業(yè)務(wù)使能服務(wù)器(osA SCS)負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)使能和OSA API與ISC接口信令的映射,使IMS能夠通過(guò)SlP方式執(zhí)行一個(gè)或幾個(gè)OSA業(yè)務(wù)能力特征(0SA SCF)。
(3)對(duì)于SIP應(yīng)用服務(wù)器因?yàn)椴捎肧IP接口,故無(wú)需經(jīng)過(guò)業(yè)務(wù)使能層,可通過(guò)ISC直接連接S-CSCF。
3.應(yīng)用層
AS層提供業(yè)務(wù)邏輯,用來(lái)支持3G的各種增值業(yè)務(wù)。根據(jù)其所支持的業(yè)務(wù)不同,可以劃分為以下三種應(yīng)用服務(wù)器:
(1)SIP應(yīng)用服務(wù)器(SlP AS)
SIP AS可直接與ISC相連接,主要用于互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù),這種結(jié)構(gòu)使互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)可直接移植到通信網(wǎng)中。
(2)OSA應(yīng)用服務(wù)器
OSA應(yīng)用服務(wù)器可以提供基于開(kāi)放業(yè)務(wù)體系應(yīng)用程序接口(osA APl)開(kāi)發(fā)的第三方業(yè)務(wù),該應(yīng)用服務(wù)器群可位于用戶的歸屬網(wǎng)絡(luò)或第三方。3GPP定義了OSA以允許第三方業(yè)務(wù)提供商(CP、SP)進(jìn)行3G移動(dòng)業(yè)務(wù)的開(kāi)發(fā)。
(3)CAMEL服務(wù)環(huán)境
CAMEL服務(wù)環(huán)境完成預(yù)付費(fèi)、親近號(hào)碼、會(huì)議電話、彩鈴等傳統(tǒng)的移動(dòng)智能網(wǎng)業(yè)務(wù)。CAMEL服務(wù)環(huán)境相當(dāng)于固話的智能網(wǎng),以提供交互式語(yǔ)音應(yīng)答(1VR)為主的業(yè)務(wù)。
目前,IMS所提供的典型業(yè)務(wù)為:單鍵通話(PoC,Pushto Talk over Cellular)、全能數(shù)字助理、Web Conference、統(tǒng)一消息業(yè)務(wù)(UMS,Unified Messaging Service)、一號(hào)通等業(yè)務(wù)。
IMS對(duì)NGN的影響
網(wǎng)絡(luò)融合是下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)的重要特征。3GPP首先提出的IP多媒體子系統(tǒng)(JMs)具有采用SIP協(xié)議進(jìn)行呼叫控制、與接入無(wú)關(guān)和能夠靈活提供多種業(yè)務(wù)等優(yōu)點(diǎn),得到了ETSI、ITU-T等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織、全球通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品供應(yīng)商與電信運(yùn)營(yíng)商的關(guān)注,被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)與固定網(wǎng)絡(luò)融合、互聯(lián)網(wǎng)與通信網(wǎng)融合,發(fā)展NGN的必經(jīng)之路。因此對(duì)基于IMS的網(wǎng)絡(luò)融合的研究將成為一個(gè)十分重要的課題,對(duì)NGN的規(guī)劃建設(shè)和發(fā)展具有十分重要的意義。
可以說(shuō)由于IMS的出現(xiàn),對(duì)原來(lái)在基于軟交換技術(shù)的NGN方面所達(dá)成的共識(shí),提出了新的挑戰(zhàn)。使整個(gè)電信網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)思路變得復(fù)雜起來(lái)。但隨著IMS技術(shù)的發(fā)展,向NGN演進(jìn)的思路將會(huì)逐漸變得清晰。
IMS體系結(jié)構(gòu)
IMS的體系結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1,包括以下功能實(shí)體
歸屬用戶服務(wù)器(HSS,Home Subscriber Server)
HSS是存儲(chǔ)用戶相關(guān)信息的中心數(shù)據(jù)庫(kù),相當(dāng)于傳統(tǒng)移動(dòng)網(wǎng)的HLg。HSS除了存儲(chǔ)用戶的簽約信息與位置信息外,還保存有與用戶相關(guān)的、用來(lái)處理多媒體會(huì)話的定制數(shù)據(jù),包括:本地信息、保密信息(證明與授權(quán)信息)、注冊(cè)信息、業(yè)務(wù)觸發(fā)信息、用戶個(gè)人信息和分配給用戶的S-CSCF等。
如果一個(gè)網(wǎng)絡(luò)配置多于一個(gè)HSS,則需要配置用戶位置功能(SLF, Subscriber Location Function)實(shí)體。SLF僅僅是一個(gè)映射用戶地址到其所屬HSS的數(shù)據(jù)庫(kù)的節(jié)點(diǎn)。
呼叫會(huì)話控制功能(CSCF, GalI Session ControlFunction)
呼叫會(huì)話控制功能(cSCF)實(shí)體是整個(gè)IMS網(wǎng)絡(luò)的核心,主要負(fù)責(zé)處理多媒體呼叫會(huì)話過(guò)程中的日IP信令。其功能包括:多媒體會(huì)話控制、地址轉(zhuǎn)換、以及對(duì)業(yè)務(wù)協(xié)商進(jìn)行服務(wù)轉(zhuǎn)換等,相當(dāng)于日曠服務(wù)器。CSCF進(jìn)一步可劃分為:
(1)代理CSCF(P-CSCF)
P-CSCF(Proxy-CSCF)是連接MS終端(UE)和IMS網(wǎng)絡(luò)的入口節(jié)點(diǎn),所有IMS終端發(fā)起和終止于IMS終端的會(huì)話消息都要通過(guò)P-CSCF。P-CSCF實(shí)際上扮演了一個(gè)代理服務(wù)器的角色,它接收SIP請(qǐng)求與響應(yīng),并向IMS網(wǎng)絡(luò)或Ms用戶轉(zhuǎn)發(fā)。P-CSCF可以處于拜訪網(wǎng)絡(luò)或歸屬網(wǎng)絡(luò)。
(2)查詢CSCF(I-CSCF)
I-CSCF(Interrogating-CSCF)是處在外地網(wǎng)絡(luò)的IMS終端(包括本地漫游至外地的終端)進(jìn)入本地IMs網(wǎng)絡(luò)的入口節(jié)點(diǎn),I-CSCF路由外地終端的slP請(qǐng)求和響應(yīng)到本地S-CSCF。I-CSCF處于歸屬網(wǎng)絡(luò),在特殊情況下,也可以處于拜訪網(wǎng)絡(luò)。
(3)服務(wù)CSCF(S—CSCF)
S-CSCF(Servlng-CSCF)是SIP信令平面的中心節(jié)點(diǎn), 其作用類似于軟交換系統(tǒng)中的軟交換設(shè)備。s—CSCF為IMS終端執(zhí)行會(huì)話控制服務(wù),并保持會(huì)話狀態(tài)。所有IMS終端發(fā)出與接收的SIP信令都要通過(guò)S-CSCF,它檢查這些sIP信令,決定是否需要訪問(wèn)應(yīng)用服務(wù)器,并將信令轉(zhuǎn)發(fā)至最終目的地。S-CSCF還提供SIP路由服務(wù),路由SIP請(qǐng)求或響應(yīng)到PSTN或CS域。S-CSCF總是處于歸屬網(wǎng)絡(luò)。
應(yīng)用服務(wù)器(AS)
應(yīng)用服務(wù)器(AS,Application Server)是持有和執(zhí)行服務(wù)的SIP實(shí)體,可以起到SIP用戶代理的作用,用以提供各種3G業(yè)務(wù)。
多媒體資源功能(MRF)
多媒體資源功能為會(huì)話提供必要的媒體資源,如會(huì)議橋、多媒體彩鈴/彩話、錄音通知、語(yǔ)音短信、動(dòng)畫(huà)、音樂(lè)等。其中的多媒體資源功能控制器(MRFC,Mul-timedia Resource Function Controrler)負(fù)責(zé)管理與處理媒體資源,而媒體的具體處理則由媒體資源功能處理器(MRFP, Multimedia Resource Function Processor)來(lái)完成。
出口網(wǎng)關(guān)控制功能(BGCF,Breakout GatewayControl Function)
BGCF實(shí)體是一個(gè)具有路由功能的SlP實(shí)體,是IMS域與外部網(wǎng)絡(luò)的分界點(diǎn)。當(dāng)IMS終端向PSTN/CS域發(fā)起呼叫時(shí),由BGCF決定向那個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)信令,如果目的PSTN/CS域?yàn)楸镜赜?則BGCF向與PSTN/CS域接口的MGCF轉(zhuǎn)發(fā)信令;否則, 向外地域的另一個(gè)BGCF轉(zhuǎn)發(fā)信令。
媒體網(wǎng)關(guān)控制功能(MGCF,Media Gateway ControlFunction)
MGCF實(shí)體是IMS網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互通的功能實(shí)體。主要負(fù)責(zé)控制層面信令的互通,在IMS的框架中已經(jīng)考慮了和PSTN域以及與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)CS域的互通。其中的MOCF主要完成媒體網(wǎng)關(guān)/信令網(wǎng)關(guān)(Maw/SGW)注冊(cè)、呼叫控制和MGW/SGW資源管理等功能。媒體網(wǎng)關(guān)(MGW)主要完成IMS網(wǎng)絡(luò)與電路交換網(wǎng)絡(luò)之間的媒體轉(zhuǎn)換功能;信令網(wǎng)關(guān)(SGW)主要完成IMS的SIP信令與電路交換的NO.7信令之間的信令轉(zhuǎn)換功能。
由上述可見(jiàn)IMS與軟交換相比較,對(duì)控制層面作了進(jìn)一步的分解,實(shí)現(xiàn)了會(huì)話控制功能(CSCF)實(shí)體與承載控制功能(MGCF)實(shí)體在功能上的分離。
IMS的會(huì)話建立過(guò)程
為了理解IMS網(wǎng)絡(luò)的基本工作原理,以下是兩個(gè)處于異地網(wǎng)絡(luò)的IMS漫游終端之間建立會(huì)話的例子。在該例中介紹了IMS終端對(duì)其歸屬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行注冊(cè)的SIP信令流程;以及IMS終端間呼叫建立的SIP信令流程。
假設(shè)有中國(guó)移動(dòng)的兩個(gè)IMS用戶。一個(gè)為南京wlh用戶,其SDP地址(SIP URl)為:sip:wlz@chinamobile.25.com;另一個(gè)為杭州Iwz用戶,其日J(rèn)P地址為:SIP:Iwz@chinamobile.571.com。目前他們均出差在外,其中的南京wIh用戶去了廣州(chinamobile.20.com);杭州lwz用戶去了深圳(chinamobile.755.com)。在南京wlh用戶到達(dá)廣州;杭州lwz用戶到達(dá)深圳后,將分別通過(guò)拜訪網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行SIP注冊(cè)(即IMS注冊(cè))。
用戶注冊(cè)SIP信令流程
在建立多媒體會(huì)話之前,IMS終端必需完成歸屬網(wǎng)絡(luò)的用戶認(rèn)證、接入網(wǎng)絡(luò)與SIP注冊(cè)。如果是拜訪網(wǎng)絡(luò)的漫游終端(UE),必需完成:
(1)UE通過(guò)激活GPRS PDP移動(dòng)場(chǎng)景(context)過(guò)程連接lP網(wǎng);
(2)UE完成其歸屬網(wǎng)絡(luò)的用戶認(rèn)證和接入網(wǎng)絡(luò);
(3)UE找到它要發(fā)送SIP注冊(cè)請(qǐng)求消息的拜訪網(wǎng)絡(luò)出口節(jié)點(diǎn)P-CSCF,以完成SIP注冊(cè)。
兩漫游用戶的SIP注冊(cè)(以下所提注冊(cè)均為SIP注冊(cè))過(guò)程如圖2所示,下面以wlh用戶注冊(cè)為例,通過(guò)具體注冊(cè)sIP信令流程,簡(jiǎn)述其通道建立過(guò)程如下:
①漫游至廣州的wlh用戶,發(fā)送REGISTER消息,啟動(dòng)注冊(cè)過(guò)程。注冊(cè)報(bào)文中包含了用戶標(biāo)識(shí)、歸屬網(wǎng)絡(luò)域名、用戶信息、會(huì)話描述信息等,并抵達(dá)拜訪網(wǎng)絡(luò)的p-
CSCF。
②廣州的P-CSCF查詢DNS服務(wù)器,該服務(wù)器對(duì)w帥用戶歸屬網(wǎng)絡(luò)的入口節(jié)點(diǎn)I-CSCF域名(即wlh用戶歸屬域的域名chinamobile.25.com)進(jìn)行解析,給出wlh用戶歸屬網(wǎng)絡(luò)I-CSOF的rP地址。
③P-CSCF將REGISTER消息轉(zhuǎn)發(fā)給南京的I-OSOF。
④I-OSCF向HSS提交用戶信息,HSS對(duì)用戶身份與服務(wù)權(quán)限進(jìn)行鑒權(quán)后,I-CSOF查詢HSS獲得為wlh用戶服務(wù)的S-CSCF;如果沒(méi)有,HSS指示I-CSCF根據(jù)需要的S-CSCF能力與可用的S-CSCF,分配一個(gè)S-CSCF為該用戶服務(wù)。
⑤I-OSCF轉(zhuǎn)發(fā)BEGISTER消息給該用戶的S-CSOF。
⑥S-OSCF從HSS處下載該用戶的相關(guān)信息(簽約信息、安全信息等)并將呃些信息存放在該S-OSCF的數(shù)據(jù)庫(kù)中。
⑦如果存在與注冊(cè)相關(guān)的業(yè)務(wù)應(yīng)用(例如:進(jìn)入多媒體服務(wù)的提示音與提示頁(yè)面等),即觸發(fā)相關(guān)的應(yīng)用服務(wù)器。
lwz用戶到達(dá)深圳后、進(jìn)行了類似的SIP注冊(cè)流程。在注冊(cè)的同時(shí)兩用戶各自建立了用戶設(shè)備(比)與As之間的信令通道。
呼叫建立SIP信令流程
假設(shè)wlh用戶發(fā)起對(duì)lwz用戶的視頻通話多媒體呼叫,其呼叫建立sIP信令流程見(jiàn)圖3,具體流程如下:
①漫游至廣州的wlh用戶通過(guò)己建立的信令通道,向其南京的歸屬網(wǎng)絡(luò)S-CSCF發(fā)出INVITE消息(SlP請(qǐng)求報(bào)文中包含了被呼用戶的slP UBI、多媒體呼叫類型等);
②若wlh用戶簽約了去話會(huì)話應(yīng)用,那么S-GSOF觸發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)器;
③南京S-CSCF根據(jù)被呼用戶的日l(shuí)P URl,查詢DNS服務(wù)器,得到被叫網(wǎng)絡(luò)的I-CSCF的尸地址;
④S-CSOF轉(zhuǎn)發(fā)INVITE消息給杭州IMS網(wǎng)絡(luò)的I-CSCF;
⑤I-CSCF查詢HSS,得到為wlh用戶服務(wù)的S-CSCF;
⑥I-OSOF將INVITE消息轉(zhuǎn)發(fā)給S-CSCF;
⑦若1wz用戶簽約了來(lái)話會(huì)話應(yīng)用(例:來(lái)話多媒體彩鈴業(yè)務(wù)),那么S-CSCF觸發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)器;
⑧S-CSCF通過(guò)己建立的信令通道,將INVITE消息發(fā)送至漫游至深圳的1wz用戶師。此時(shí),在兩個(gè)uE之間己建立了信令通道。在此過(guò)程中,呼叫請(qǐng)求與響應(yīng)slF報(bào)文的消息體之中,已包括了由會(huì)話描述協(xié)議(sDP)所描述的媒體控制信息。
⑨雙方終端為這次多媒體會(huì)話,激活話務(wù)用GPESPDP場(chǎng)景。
⑩請(qǐng)求策略決策功能(PDF)進(jìn)行qoS策略服務(wù),并與通過(guò)SIP協(xié)商的QoS進(jìn)行比較。協(xié)商通過(guò)后,廣州與深圳的兩地用戶終端就可利用先前交換的IP地址和端口號(hào)(不同媒體使用不同端口號(hào))開(kāi)始發(fā)送多媒體數(shù)據(jù)。
MS的業(yè)務(wù)架構(gòu)
IMS的業(yè)務(wù)架構(gòu)為三層架構(gòu),第一層為業(yè)務(wù)控制層,第二層為業(yè)務(wù)使能層,第三層為應(yīng)用層。為了細(xì)化IMS的業(yè)務(wù)分層架構(gòu), 引入了圖4的IMS的業(yè)務(wù)架構(gòu)框圖。
1.業(yè)務(wù)控制層
業(yè)務(wù)控制層由S-GSOF構(gòu)成,S-CSCF是日l(shuí)P的呼叫和會(huì)話控制器。S-CSCF從歸屬用戶服務(wù)器(㈠Ss)下載用戶服務(wù)配置信息,并根據(jù)具體業(yè)務(wù)應(yīng)用選擇相應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)器類型,以提供用戶所需的增值業(yè)務(wù)。
S-CSCF使用統(tǒng)一的IMS業(yè)務(wù)控制(ISC)接口與各種業(yè)務(wù)平臺(tái)相連接。Isc的引入使業(yè)務(wù)與控制互相獨(dú)立,各類業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)器可以采用一種統(tǒng)一的接口接入IMS,為IMS提供業(yè)務(wù)。
2.業(yè)務(wù)使能層
由于S-OSCF和ISC均采用SIP協(xié)議,而不論是傳統(tǒng)的CAMEL業(yè)務(wù)環(huán)境還是開(kāi)放業(yè)務(wù)體系應(yīng)用編程接口(OSAAPI)都不支持SIP,故需引入業(yè)務(wù)使能層作為一個(gè)中間匹配層。該層中的業(yè)務(wù)使能服務(wù)器(SCS)可分為:IM一SSF和OSA SCS兩種實(shí)體。
(1)CAMEL是通過(guò)CAP(CAMEL, Application Part)接入網(wǎng)絡(luò)中,CAMEL要接入IMS網(wǎng)絡(luò)需要通過(guò)lP多媒體業(yè)務(wù)交換功能([M-SSF)實(shí)體對(duì)CAP與SlP進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
(2)OSA業(yè)務(wù)使能服務(wù)器(osA SCS)負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)使能和OSA API與ISC接口信令的映射,使IMS能夠通過(guò)SlP方式執(zhí)行一個(gè)或幾個(gè)OSA業(yè)務(wù)能力特征(0SA SCF)。
(3)對(duì)于SIP應(yīng)用服務(wù)器因?yàn)椴捎肧IP接口,故無(wú)需經(jīng)過(guò)業(yè)務(wù)使能層,可通過(guò)ISC直接連接S-CSCF。
3.應(yīng)用層
AS層提供業(yè)務(wù)邏輯,用來(lái)支持3G的各種增值業(yè)務(wù)。根據(jù)其所支持的業(yè)務(wù)不同,可以劃分為以下三種應(yīng)用服務(wù)器:
(1)SIP應(yīng)用服務(wù)器(SlP AS)
SIP AS可直接與ISC相連接,主要用于互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù),這種結(jié)構(gòu)使互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)可直接移植到通信網(wǎng)中。
(2)OSA應(yīng)用服務(wù)器
OSA應(yīng)用服務(wù)器可以提供基于開(kāi)放業(yè)務(wù)體系應(yīng)用程序接口(osA APl)開(kāi)發(fā)的第三方業(yè)務(wù),該應(yīng)用服務(wù)器群可位于用戶的歸屬網(wǎng)絡(luò)或第三方。3GPP定義了OSA以允許第三方業(yè)務(wù)提供商(CP、SP)進(jìn)行3G移動(dòng)業(yè)務(wù)的開(kāi)發(fā)。
(3)CAMEL服務(wù)環(huán)境
CAMEL服務(wù)環(huán)境完成預(yù)付費(fèi)、親近號(hào)碼、會(huì)議電話、彩鈴等傳統(tǒng)的移動(dòng)智能網(wǎng)業(yè)務(wù)。CAMEL服務(wù)環(huán)境相當(dāng)于固話的智能網(wǎng),以提供交互式語(yǔ)音應(yīng)答(1VR)為主的業(yè)務(wù)。
目前,IMS所提供的典型業(yè)務(wù)為:單鍵通話(PoC,Pushto Talk over Cellular)、全能數(shù)字助理、Web Conference、統(tǒng)一消息業(yè)務(wù)(UMS,Unified Messaging Service)、一號(hào)通等業(yè)務(wù)。
IMS對(duì)NGN的影響
網(wǎng)絡(luò)融合是下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)的重要特征。3GPP首先提出的IP多媒體子系統(tǒng)(JMs)具有采用SIP協(xié)議進(jìn)行呼叫控制、與接入無(wú)關(guān)和能夠靈活提供多種業(yè)務(wù)等優(yōu)點(diǎn),得到了ETSI、ITU-T等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織、全球通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品供應(yīng)商與電信運(yùn)營(yíng)商的關(guān)注,被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)與固定網(wǎng)絡(luò)融合、互聯(lián)網(wǎng)與通信網(wǎng)融合,發(fā)展NGN的必經(jīng)之路。因此對(duì)基于IMS的網(wǎng)絡(luò)融合的研究將成為一個(gè)十分重要的課題,對(duì)NGN的規(guī)劃建設(shè)和發(fā)展具有十分重要的意義。
可以說(shuō)由于IMS的出現(xiàn),對(duì)原來(lái)在基于軟交換技術(shù)的NGN方面所達(dá)成的共識(shí),提出了新的挑戰(zhàn)。使整個(gè)電信網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)思路變得復(fù)雜起來(lái)。但隨著IMS技術(shù)的發(fā)展,向NGN演進(jìn)的思路將會(huì)逐漸變得清晰。
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