IMS的关键技术和展望

1 IMS的体系

1．1 分层体系结构

3GPP使用分层的方法进行体系设计，这意味着传输和承载服务将从IMS信令网和会话管理服务中分离出去，使更高层的服务都运行在IMS信令网之上。IMS的分层体系如图l所示。

1．2 体系要求

1.2.1 IP连接

IP连接可以通过归属网络或拜访网络获得。用户漫游时的IP连接示意图如图2所示。图中的(a)部分表示用户设备通过拜访网络获得一个IP地址的情况。在通用移动通信系统UMTS(Universal Mobile Tele-communicatiom System)网络中，这意味着用户漫游到拜访网络时所使用的无线接入网RAN(Radio Access Network)、GPRS服务支持节点SGSN (Serving GPRS Support Node)和GPRS网关支持节点GGSNf(Cateway GPRS Support Node)都位于拜访网络。图2中的(b)部分表示终端从归属网络获得一个IP地址的情况。在UMTS网络中，这意味着用户漫游到拜访网络时，RAN和 SGSN位于拜访网络。显然，当用户位于归属网络时，所有必需的网元都位于归属网络，IP连接也位于该网络中。

1．2．2 接入无关性和通信安全

IMS的设计恩想与具体的接人方式无关，从而IMS服务可以通过任何IP网络提供支持。此外IMS至少提供了与之相对应的GPRS和电路交换网络类似的安全性。

1．2．3 IP多媒体服务质量保证

在Internet中，时延一般较大，且不确定，这样使得分组的到达顺序不确定，并且有些分组会丢失或被遗弃。而在IMS中．它与底层接入和传输网络一起提供端到端的服务质量保证，从而保证不会出现分组丢失或被遗弃等情况。

1．2．4 计费功能

IMS体系允许使用不同的计费模型。根据传输层所使用的资源情况，可对主叫方单方计费或对主被叫双方计费。在主被叫双方都计费的情况下，主叫方是基于IMS层会话进行计费，而被叫方是对会话中增加的新的媒体元素进行计费。同时IMS还支持在线计费和离线计费。

1. 2．5 漫游功能

IMS支持GPRS漫游、IMS漫游和IMS电路交换漫游。GPRS漫游是指拜访网络提供SGSN和RAN，而归属网络提供CGSN和IMS时接入IMS的漫游。IMS漫游模型是指一种网络配置，此时拜访网络提供IP连接，而归属网络提供IMS功能的其余部分。

1．2．6 与其他网络的配合

作为一个新的通信网络技术和体系，IMS支持与PSTN、ISDN、移动网和Intemet用户之间的通信。

1．2．7 服务开发和服务模型

IMS体系必须包含一个服务框架，使IMS能够支持语音、视频、多媒体等附加服务。IMS所采用的服务模型是归属服务控制，即访问用户数据库并与服务平台直接交互的实体总是位于用户的归属网络。

2 IMS相关实体和功能

IMS的相关实体和功能主要体现在呼叫会话控制功能CSCF(Call Session Control Function)、媒体处理功能和网关功能上。

2.1 呼叫会话控制功能的组成

CSCF包含代理呼叫会话控制功能P-CSCF(ProxyCSCF)、问讯呼叫会话控制功能I-CSCF(InterrogationCSCF)和服务呼叫会话控制功能S-CSCF(Sendng CSCF)。

2.1.1 P-CSCF实体的功能

P-CSCF是IMS系统中用户的第一个接入点，它负责验证请求， 并且可以作为用户代理UA(User Agent)。在异常条件下释放会话和生成独立的SIP事务时，UA是必不可少的。在同一个运营商的网络中可以有一个或多个P-CSCF。其功能包括：

(1)通过用户设备UE(User Equipment)提供的归属域名来转发注册请求给I-CSCF。
(2)将UE接收到的SIP请求和响应转发给S-CSCF，并将SIP请求和响应转发给UE。
(3)检测紧急会话并建立请求。
(4)发送与计费有关的信息给计费采集功能CCF(Charging Collection Function)。
(5)提供SIP信令完整性保护，并且维持UE与P-CSCF之间的安全机制。
(6)对来自UE的SIP消息进行解压缩和压缩，支持三个基于BFC的压缩。
(7)用户登记员从S-CSCF订阅一个注册事件包，并下载了隐性注册的公共用户身份，从而获取网络转发注册解除事件的通知消息。
(8)与策略决策功能模块交互。
(9)会话计时器允许P-CSCF检测和释放被挂起的会话所消耗的资源。

2.1.2 I-CSCF实体的功能

在运营商网络中，I-CSCF提供了所有连接到该网络中某一用户的接入点。在一个运营商的网络中可以有多个I-CSCF。I-CSCF。执行的功能如下：
(1)联系归属用户服务器HSS(Home Subscriber Server)，从而获得正在为某个用户提供服务的S-CSCF的名字。
(2)在没有分配任何S-CSCF时，根据从HSS收到的能力集来指定一个S-CSCF。
(3)转发SIP请求或响应给S-CSCF。
(4)发送与计费相关的信息给CCF。
(5)提供隐藏功能。

2．1．3 S-CSCF实体的功能

S-CSCF是IMS的核心，它位于归属网络。一个运营商网络中可以有多个S-CSCF，且这些S-CSCF可以具有不同的功能。S-CSCF的具体功能如下：
(1)通过IMS认证和密钥协商AKA(Authentication andKey Agreement)机制来认证用户，并充当登记员处理注册请求。
(2)在注册过程中或者在处理一个注册用户的请求时，从HSS下载用户信息及与服务相关的数据。
(3)将发向移动用户的业务流转发给P-CSCF，并且将移动用户产生的业务流转发给I-CSCF、出口网关控制功能BGCF(Breakout Gateway Control Function)或者应用服务器As(Application Server)。
(4)进行会话控制，作为代理服务及UA。
(5)使用域名服务器翻译机制将E．164数字翻译成SIP统一资源标识符URI(Uniform Resource Identifier)。
(6)监视注册计时器，并在需要时解除用户注册及与服务平台的交互。
(7)当运营商支持IMS紧急呼叫时，用于选择紧急呼叫中心。
(8)执行媒体修正和维持会话计时器。
(9)发送与计费相关的信息给CCF以进行离线计费，或者发给在线计费系统OCS(Online Chafing System)进行在线计费。

2．2 媒体功能

媒体功能主要包含多媒体资源控制器MRFC(Multimdia Resource Function controUer)和多媒体资源功能处理器MRFP(Media Resource Processor)。

2．2．1 MRFC实体的功能

MRFC用于支持与承载会议、对用户公告及进行承载代码转换等相关的服务。MRFC解释从S-CSCF收到的SIP信令，并且使用媒体网关控制协议指令来控制MRFP。MRFC还能够发送计费信息给CCF和OCS。

2．2．2 MRFP的功能

MRFP提供被MRFC所请求和指示的用户平面资源。MRFP具有输入混合媒体流、媒体流信源和处理媒体流等功能 。

2．3 网关的组成

网关功能主要包括：出口网关控制功能BGCF、媒体网关控制功能MGCF(Media Gateway Control Function)、IMS媒体网关功能IMS-MGF(IMS Media Gateway Function)和信令网关SGW(Signaling Gateway)。

2．3．1 BGCF实体的功能

BGCF负责选择到电路交换CS(Circuit Switched)域出口的位置。当同出口位于相同网络时，则BGCF选择MGCF进行进一步的会话处理；否则，BGCF将会话转发到相应网络的 BGCF。此外，BGCF能够报告计费信息给CCF，并且收集处理统计信息。

2．3．2 MGCF实体的功能

MGCF是使IMS用户和CS用户之间可以进行通信的网关。所有来自CS用户的呼叫控制信令都指向MGCF，它负责进行ISDN用户部分或承载无关呼叫控制与SIP协议之间的协议转换，并将会话转发给IMS。MGCF还控制与其关联的用户平面实体和IMS-MGW中的媒体通道并报告计费信息给CCF。

2．3．3 IMS-MGW实体的功能

IMS-MGW提供CS网络和IMS之间的用户平面链路。它终结来自CS网络的承载信道和来自骨干网的媒体流，执行这些终结之间的转换，并在需要时为用户平面进行代码转换和信号处理。此外，IMS-MGW能够提供音调和公告给CS用户并受MGCF控制。

2．4 SGW实体的功能

信令网关用于不同信令的互联，可以基于SCTP／IP信令网和七号信令系统网(SS7)的互联。SGW在基于SS7的信令传输与基于IP的信令传输之间进行传输层的双向信令转换。它不对应用层的消息进行解释处理。

3 展望

目前的电信网络体系结构由多个相互独立的垂直业务体系组成，如IP电话、可视电话、视频点播等。不同网络为用户提供不同的业务。“终端一网络一应用”的“点到点”形式的传统网络结构不利于运营商简单、快速引入新业务以及业务之间的互动。下一代“融合”的演进方向是“多种终端一多种接入一统一控制核心网一多种应用”的网络体系结构。不同业务能同时运行及交互。基于IMS的融合体系架构正是适应这种融合需求而产生的。作为基于标准的开放架构，IMS使运营商能跨越不同终端和网络，快速地提供融合的多媒体业务，创建与接入终端无关的永远在线的网络。基于IMS的网络融合的研究才刚开始，很多功能实体和接口的功能需要增强或修改。目前标准组织的活动还处于功能需求的研究阶段。实现这些功能的流程、消息及参数还需要进一步完善。

IMS的体系使各种类型的客户终端都可以建立起对等的IP通信，并且可以获得所需的服务质量。除了会话控制外，IMS体系还定义了完成服务所必需的功能。IMS已经成为下一代网络融合的核心。