财政部ppp中心领导班子:IMS架构方面的需求 - foolskindom的专栏 - CSDN博客

2. IMS的架构

本章向读者介绍互联网IP多媒体子系统（IMS）。2.1节解释架构性概念。例如，我们会解释为什么承载是独立出来的，为什么会选择所属地控制模式。2.2节给出了IMS架构方面更广的总体概观。包括对不同网络实体和主要功能的介绍。2.3节更深入的说明网络实体是怎么连接的，它们之间使用什么协议。同时还介绍和其它网络（IP网、UMTS和CS CN）间的关系。

2.1 架构性需求

一些基本的需求引导着IMS架构的建立以及它将来怎样进化。这一节覆盖大部分重要的需求。3GPP第一阶段的IMS需求在文档[3GPP TS 22.228]中定义。

2.1.1 IP连接

一个非常基本的需求就是用户要能够建立IP连接以获得IMS服务。另外，要求使用IPv6[3GPP TS 23.221]。

IP连接可以在所属地网络或者访问点网络获得。下图左边部分表示了一种可能的选择，用户设备（UE）从访问点网络获取IP地址。在全球移动通信系统（UMTS），这意味着当用户漫游的时候，无线接入网（RAN）、服务GPRS节点（SGSN）和网关GPRS节点（GGSN）位于访问点网络。下图中的右半部分表示了另外一种可能的选择，用户从所属地网络获取IP地址（注：从所属地的GGSN接入）。这意味着当用户漫游的时候，只有RAN和SGSN位于访问点网络。显然，当用户位于所属地网络的时候，所有必需的部分都位于所属地网络中，并且从所属地网络获取IP接入。

图 4 用户漫游时的IP连接选择

值得注意的是，用户漫游时可以像图中显示的那样从所属地网络获取IP地址。这样的话，即使当用户漫游到一个没有IMS网络的地方，但只要这个地方提供IP连接，用户就可以使用IMS网络提供的美妙服务。理论上来说，可以只在一个地方部署一个IMS网络，然后通过GPRS漫游来将用户连接到这个所属地网络。但从实际操作上来说，由于路有效率不够高而一般不这么干。可以想象一下路由实时传输协议（RTP）数据包时将它们从美国转到欧洲，又从欧洲转到美国。然而，当在初始阶段或者正在进行网络范围扩展时，对于提供非实时或者实时性要求比较低的服务，这个部署模型是非常重要的。

2.1.2 接入独立性

IMS被设计为不依赖于介入方式，因此IMS的服务可以在任何提供IP连接的网络（例如：GPRS、WLAN、宽带接入x-Digital用户线（broadband access x-Digital SubscriberLine））上提供。不幸的是，IMS版本5规定中包含了一些特定于GPRS的特性。在版本6中，特定于接入的问题会被从IMS核心描述部分独立出来。3GPP使用术语“IP连接接入网（IP connectivity accessnetwork）”来指代提供UE和IMS间底层IP连接的网络实体和接口集合。本书中使用GPRS作为接入网的例子。

2.1.3 保证IP多媒体服务的质量

在公共互联网上，延迟往往很高而且在变化，数据包也会错序或者丢失。而在IMS里，这不再是一个问题。底层的接入网和传输网再加上IMS，提供了端到端的服务质量（QoS）。

通过IMS，UE在会话建立或者会话修改的时候协商它的能力以及表达QoS需求。UE能够协商例如以下一些参数：

· 媒体类型，通信流的方向。

· 媒体比特率，数据包大小，数据包发送频率。

· RTP负载的使用方式。

· 带宽的适配。

在协商完应用层的参数后，UE从接入网中预留出适量的资源。在端到端QoS建立好之后，UE将媒体进行编码并通过适当的协议（例如RTP）来进行打包，然后通过IP层之上的传输层协议（如TCP和UDP）来进行发送。我们假设，运营商们会协商服务级别协定，以确保互连骨干网的QoS。在UMTS的情况下，运营商可以利用GPRS的漫游交换骨干网。

2.1.4 确保媒体资源正确使用的IP策略控制

IP策略控制意味着有能力通过IMS会话信令中的的参数来授权和控制通信流承载通道的使用。这样做需要提供IP连接的接入网络和IMS间的交互。建立交互的方式可以被分成三种类型[3GPP TS 22.228、23.207、23.228]：

· 策略控制实体能够确认在SIP消息中协商的参数在媒体通信流承载通道建立的时候被使用。这使得运营商能够确保他的承载通道资源没有被失当的使用（例如，承载通道的源目的IP地址及带宽和建立SIP会话时协商的相同。）。

· 策略控制实体增强对SIP会话中终端间的承载通道建立和拆除的控制。这使得可以阻止会话建立完成之前对承载通道资源的使用。也使得可以让媒体流的开始和停止与IMS会话的计费的开始和停止同步。

· 策略控制实体能够在IP接入网络修改、暂停或者释放会话的承载通道时接收通知。这使得IMS能够释放正在进行的会话，因为用户有可能已经不再覆盖区域了。

策略控制将会在3.9节中进一步讨论。

2.1.5 使通信安全

安全是所有电信网络系统的基本需求，在IMS中同样也不例外。IMS提供了至少和GPRS和电路交换网络一样安全的安全机制。例如，IMS确保用户在使用服务前先进行认证，而且用户在加入会话的时候可以要求隐私保护。3.6节将会更详细的讨论安全性。

2.1.6 计费安排

从运营商或者服务提供商的角度出发，向用户收费的能力是任何网络中都必需的。IMS架构允许使用不同的计费模型。这包括向主叫方收费，或者基于使用的传输层资源同时向主被叫方收费。后一种情况下，主叫方有可能承担全部IMS层会话的费用。因为传输层和IMS层可能使用完全不同的计费策略。然而，运营商可能会喜欢将传输层和IMS层（服务和内容）的计费信息进行关联。如果运营商使用一个策略控制接口，就可以实现这个目的。计费关联机制将会在3.10.2节中进一步阐述，而策略控制将会在3.9节中解释。

一个IMS会话可能包含多个媒体成分（例如音频和视频）。要求IMS能够提供为每一个媒体部分进行计费的方法。这使得如果被叫向会话中添加一个媒体成员时，有可能向被叫收费。不同的IMS网络间还须具备相互交换当前一个会话的计费信息的能力[3GPP TS 22.201、TR 23.815]。

IMS架构同时支持在线和离线计费能力。在线计费是一种计费信息能够实时影响正在提供的服务的计费过程。它直接和会话控制与服务控制打交道。实际操作时，运营商可以在允许用户加入一个会话之前检查用户的账户，而在账户金额被用光的时候结束会话。离线计费是一种计费信息不实时影响正在提供的服务的计费过程。这是一种传统的模式，运营商在一段时期内搜集计费信息，而在时期结束时向用户发送账单。

2.1.7 漫游支持

从用户的角度来看，不管他当前所在的地理位置，能够访问到他的服务是非常重要的。漫游特性使得用户即使不位于所属地网络的服务区时，也能够使用他的服务。2.1.1节已经介绍过了两种漫游的例子，也就是GPRS漫游和IMS漫游。除了这两种情况外，还有一种电路交换（CS）漫游的情况。GPRS漫游表示通过访问点网络提供的RAN和SGSN以及所属地网络提供的GGSN和IMS来访问IMS网络。IMS漫游指代另外一种网络配置方式：访问点网络提供的IP连接（也就是RAN、SGSN和GGSN）和IMS接入点（亦即P-CSCF），而所属地网络提供其余的IMS功能。IMS漫游相对于GPRS漫游的优点是可以优化用户层资源的使用。IMS和CSCN域间的漫游表示当一个用户在其中一个网络中没有注册或者不可达时，呼叫可以被路由到另外一个网络。非常重要的一点是，CSCN域和IMS域都有自己的服务，并且不能被对方使用。有一些服务是相似的（例如IMS中的VoIP和CSCN中的语音通信），并且在两种域中都可用。下图展示了不同的IMS/CS漫游情景。

图 5 IMS/CS漫游的可能选择

2.1.8 和其它网络的互操作

很显然，IMS不会在世界各地同时部署。除此外，人们不会那么迅速的改变终端和订阅的服务。这就产生了一个问题，如何连接到这个人而不管他用什么终端以及他生活在哪里。如果要成为一个新的、成功的通信网络技术和架构，IMS需要能够连接尽可能多的用户。因此，IMS支持和PSTN、ISDN、移动通信与互联网用户的通信。另外，需要有可能支持3GPP组织之外定义的互联网应用。

2.1.9 服务控制模型

2G移动网络使用访问点服务控制（visited servicecontrol）。它的意思是，当用户漫游时，访问点网络中的某个实体来提供服务并控制用户的通信流。2G网络中的这个实体叫做访问点移动服务交换中心（MSC）。IMS版本5较早期的时候同时支持访问点和所属地服务控制（home servicecontrol）模型。支持两种控制模式要求每个问题需要有两个解决方案。因为一种简单的解决方案可能不适用于两种模型，所以这也会减少网络架构中的最佳解决方案。支持两种模型还意味着需要更多IETF协议的扩展，也会增加注册和会话流程的制定工作。由于模型的复杂性并且相对于所属地控制模型没有显著增加的好处，访问点控制模型被抛弃了。相反的，访问点服务控制模型增加了一些限制。它要求运营商间的多种关系和多种漫游模型。由于两种服务控制模型都需要支持一样的服务，服务的开发速度会变得缓慢。如果不这样的话，漫游用户就会经受服务的退化。另外，运营商间的接口增多，这使得方案变得复杂（例如安全和计费方案）。因此，选择了所属地服务控制模型。这表示，访问用户数据库以及和服务平台直接打交道的网络实体是位于用户的所属地网络的。

2.1.10 服务开发

可扩展的服务平台以及可以快速推出服务的能力非常重要，这意味着按照旧的方式来标准化所有的电信服务、应用和增值服务不再合适。因此，3GPP标准化提供服务的能力，而不是服务本身[3GPP TS22.101]。IMS架构实际上包括了一个服务框架，以提供必需的能力来支持话务、视频、多媒体、短消息、文件共享、数据传输、游戏和IMS中的基本增值服务。3.12节进一步描述了IMS服务控制是怎么工作的。23到25章更细化的讲述了在线服务、短消息服务和会议服务是如何提供的。

2.1.11 层次化的设计

3GPP在架构方面的设计上使用了分层的方式。这意味着传输和承载服务被从IMS信令网络和会话管理服务中分离出来。而服务又是运行在IMS信令网络之上的。下图显示了这个设计。

图 6 IMS分层的设计

有些情况下，很难区分功能实体是应该在上面一个还是在下面一个层次中。分层的方式旨在最小化层次间的依赖。带来的一个好处是使得以后增加新的接入网变得容易。版本6中，无线本地网（WLAN）的接入IMS这个任务，将会测试这个分层做的有多好。其他接入方式会跟着加入（例如固定宽带）。

分层的方式增加了应用层的重要性。当应用是独立的并且下面的IMS网络能提供基本的功能时，同样的应用就可以运行在使用多种方式接入的UE上。

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书名：THE IMS IP Multimedia Concepts and Services in the Mobile Domain
出版社：John wiley & Sons, Ltd

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