IMS IP多媒体子系统介绍

IMS含义

IMS全称是IP Multimedia Subsystem，中文意义为IP多媒体子系统。IMS是一种基于IP基础结构，能够融合数据、话音和移动等网络技术的系统。 IMS在3GPP R5版本中提出，是对IP多媒体业务进行控制的“逻辑功能实体”的总称，这些实体你可以暂时简单理解为一些网元节点。

截至2003年，国际权威标准组织普遍将IMS作为NGN网络融合以及业务和技术创新的核心标准。

IMS总体架构

这张图是以“会话控制层”为中心分割的IMS子系统，强调会话控制与承载分离。缺点是很难体现出IMS系统的边界、也很难看出与传统核心网的结合。

注意下图中的“接入网”是相对于IMS子系统而言，非与核心网相对的无线接入网；

图中节点说明：

SIP Terminals：

包括SIP软终端、硬终端、IAD接入设备、AG接入设备等；

CSCF：

呼叫会话控制单元；

GGSN：

GGSN是GPRS网络中的关键部分，用于GPRS网络和IP网络的交互；

SGSN：

服务GPRS支持节点，类似于CS域的MSC-Server；

PDF：

PDF是策略决策功能模块，基于策略控制完成鉴权、业务请求许可、Qos、资源预留等功能；

BGCF：

BGCF是出口网关控制功能，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，负责IMS网络到CS/PSTN网络呼叫选择合适的MGCF；

MGCF：

媒体网关控制功能，负责IMS网络与CS网络之间进行通信；

IM-MGW：

IMS多媒体网关提供CS与IMS之间的用户平面链路转换，类似H248终端设备就是属于这一类；

SIP AS：

SIP应用服务器，提供各种业务处理，如仿真PSTN业务、Centrex业务等。

图中层次说明：

接入层：

接入层将各种接入网络汇总到IMS核心网中，完成对现有网络的互通及完成对承载的控制。

呼叫控制层：

IMS的核心层，完成呼叫控制、安全管理、业务触发、资源控制、网络互通等核心功能。

业务应用层：

提供各种业务实现，如PSTN仿真业务集、Centrex业务集、呈现业务、即时消息业务等。

IMS系统边界

这张IMS架构图很好地体现了IMS子系统与原R4版本分组域的融合方式，强调了：IMS子系统是独立叠加到原通信系统的核心网分组域上。

P-CSCF：

代理呼叫控制功能模块，是IMS核心网络与用户终端的接口网元；与用户终端侧配合完成AKA鉴权、安全机制协商、IPSec加密保护、信令压缩等功能，在与有PDF功能模块的接入终端还可以配合完成资源预留功能；与I-CSCF/S-CSCF侧配合完成呼叫的接续处理。

I-CSCF：

问询呼叫控制功能模块，为归属网络中P-CSCF的呼入选择 合适的S-CSCF，为拜访网络的外部IMS网提供接入。

S-CSCF：

服务呼叫控制功能模块，IMS核心网中呼叫控制核心模块，负责对终端的注册鉴权、会话控制、用户业务信息管理及向AS触发指定业务等功能。

HSS：

归属用户服务模块，IMS网络中核心用户数据库，保存归属网络中IMS用户的签约信息，包括基本标识、路由信息、业务签约信息等。

SLF：

签约数据定位功能模块，当运营商网络中存在多个HSS时，为I-CSCF/S-CSCF选择合适的HSS。

MRFC：

媒体资源功能控制器，解析来自S-CSCF、AS的资源控制命令，并控制MRFP提供媒体资源，如三方会议混音、通告音等。

MRFP：

媒体资源功能处理器，在MRFC控制下，为终端提供媒体资源。

IMS更细节的层次图

IMS中一个重要的协议——SIP

IMS采用了Internet中成熟的SIP协议进行端到端的呼叫控制。SIP是具有简单性、兼容性，以及凭借它的模块化设计和第三方控制等特性，从而成为基于Internet通信市场的主流协议。所以基于SIP的IMS框架通过最大限度重用Internet技术和协议；

IMS的演进

3GPP R99网络架构

R99版本网络结构分为CS电路域与PS分组域，CS域MSC间的传输主要基于TDM，PS域则基于IP传输承载“非实时”的数据业务；接入网则引入了全新的无线接口WCDMA并采用了分组化传输，引入了基于ATM的lub，lur，lu接口。

3GPP R4网络架构

R4版本其实是原R00版本的一部分，最终R00版本由于无法按时完成，分阶段为R4与R5两个版本，3GPP新版本命名也由此开始。

R4版本主要变化在CS域，即引入了承载和控制分享的网络结构——BICSCN/BICC，支持ATM/IP/TDM多种承载方式；

3GPP R5及IMS的引入

3GPP R5版本特征：

1. 继承R4版本的所有业务与功能；
2. IMS核心网在CS域和PS域之外，在PS域基础上叠加IMS，CS域的结构基本保持不变；
3. IP QoS服务质量增加；
4. 业务与带宽的增加；

R5版本初步实现了3GPP最初提出的ALL IP网络，即IP技术成为所有信令消息的承载技术，改变了原有的呼叫流程。

IMS在R5版本之后的发演进

1. 3GPP-R5版本主要定义IMS的核心结构、网元功能、接口和流程等内容：
2. 3GPP-R6版本增加了部分IMS业务特性、IMS与其他网络的互通规范和无线局域网（WLAN）接入特性等；
3. 3GPP-R7版本加强了对固定、移动融合的标准化制订，要求IMS支持数字用户线（xDSL）、电缆调制解调器等固定接入方式。

参考文献

IMS网络架构参考：@技术人生LJF 《IMS总体架构该》部分他总结得很专业，我只对图片做了简化。

1. 《中国电信IMS网络SIP协议总体技术要求》
2. 《中国电信IMS网络SIPIAD设备技术要求》
3. 《IMS网络设备技术要求》
4. 《IMS-移动领域的IP多媒体概念和服务》
5. 《IMS中PDF原型系统的设计与实现》
6. 《GGSN与SGSN简介》

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