摘 要：本文首先阐述3GPP IMS的概况，并从IMS的体系架构出发，论述了基于SIP协议的IMS相关功能实体，最后剖析了IMS的业务流程。
关键词：IP多媒体系统（IMS）、会话初始协议（SIP）、新一代网络（NGN）
一、IMS－NGN网络概况
IMS(IP Multimedia Subsystem)是IP多媒体系统, 是新一代的通信理念，它能够满足现在的终端客户更新颖、更多样化多媒体业务的需求，也是解决移动与固网融合，引入语音、数据、视频三重融合等差异化业务的重要方式。IMS把原有的垂直型的网络架构演进成了水平的网络架构，并且独立出了业务应用层，从而使得不同的业务应用之间的互操作性和共享性更为灵活。SIP（Session Initiation Protoca1）称为会话初始协议，是用于在IP网络中建立、修改和终止多媒体会话的一种应用层控制协议。SIP是由IETF组织于1999年提出的一个在基于IP网络中，特别是在Internet结构的网络环境中，实现实时通信应用的一种信令协议。
3GPP组织在Release 5及Release 6阶段对IP多媒体应用领域进行了详细的分析研究，Release 5完成了IP多媒体子系统（IMS）核心网的组网框架、公共组件及基本业务流程定义，Release 6在对Release 5相关部分进一步扩展更新基础上，增加了对IMS关键业务能力、QoS保障、网络互通以及IMS/CS融合等方面的定义。这个由3GPP组织提出的IMS架构和思路被业界公认为是比较完善的针对IP多媒体领域的解决方案，面向CDMA2000接入的3GPP2标准组、面向固网的TISPAN（Telecommunications and Internet converged Services and Protocols for Advanced Networking）标准组均以3GPP IMS模型作为基础和参照进行了相应IP多媒体网络架构和业务体系的定义。
图1、IMS网络的演进
NGN通过控制承载分离，构成一个分布的系统结构。使整体建网成本大大降低，网络升级容易，便于加快新业务和新应用的开发和部署，快速实现低成本全网统一业务覆盖。简化了网络层次结构提高了网络资源利用率，减少了传统电路交换机中继互联的复杂性和降低了承载网的成本。
二、IMS的网络架构：
图2、3GPP IMS网络架构示意图
IMS网络架构，利用SIP的灵活性，可支持无线网络中大量的电话和非电话业务。该体系按其逻辑功能可分成3层：即传送网络层（包括终端网关等）、会话控制层和应用服务层，因而体系结构采用控制和承载相分离的方式如图3所示，分为接入互联层、会话控制层、和应用层。
图3、IMS网络功能实体
接入互联层完成的主要功能包括各类SIP终端SIP会话的发起终结；实现IP分组承载各种承载类型之间的转换；根据业务部署和会话层的控制实现各种QoS策略；完成与传统PSTN/PLMN间的互联互通等功能。
会话层完成基本会话的控制，完成用户注册、SIP会话路由控制、和应用服务器交互执行应用业务中的会话、维护管理用户数据、管理业务QoS策略等功能，和应用层一起为所有用户一致的业务环境。会话层包括CSCF(Call Server Control Function)、MRFC(Multimedia Resource Function Controller)、BGCF(Breakout Gateway Control Function)、IM-SSF(IP Multimedia Service Switching Function)等功能实体。其中CSCF包括P-CSCF（Proxy CSCF）、I-CSCF（Interrogating CSCF）、S-CSCF（Serving CSCF）等类型，在物理上可以是合一的，也可以分别设置。P-CSCF是UE接入IMS系统的入口，实现了在SIP协议中的Proxy和User Agent功能。S-CSCF在IMS核心网中处于核心的控制地位，负责对UE的注册鉴权和会话控制，执行针对主叫端及被叫端IMS用户的基本会话路由功能，并根据用户签约的IMS触发规则，在条件满足时进行到AS（Application Server）的增值业务触发及业务控制交互。I-CSCF在IMS核心网中起到关口节点的作用，提供本域用户服务节点分配、路由查询以及不同IMS域间拓扑隐藏等功能。
应用层，向用户提供业务逻辑，包括实现传统的基本电话业务，如呼叫前转、呼叫等待、会议等业务；实现CS和PS已有的智能业务、基于SIP的非传统电信业务等丰富的娱乐、游戏业务。
三、IMS的业务流程：
IMS控制层通过SIP(RFC 3261)基本协议建立、改变或结束多媒体会话及媒体协商。SIP协议具备以下优点：
（1）与媒体无关的会话控制可以使SIP支持丰富的多媒体通信。
（2）SIP地址与终端位置的无关性使SIP用户天生具有移动性。
（3）协议简单，易于扩展，使SIP协议能够支持许多新业务；对不支持业务信令的透明封装，可以继承多种已有的业务。
（4）使用SIP智能终端可以将网络设备的复杂性推向边缘，简化网络核心部分。
下面介绍SIP协议在IMS业务流程控制中的应用。
图4、IMS呼叫流程简化结构
如图所示，当A用户想要与B用户进行会话时，UE A就生成一个SIP INVITE请求，并且通过GM参考点将该请求发送给P-CSCF。P-CSCF会对用户A进行鉴权，若A为合法用户且签订了相应租约，P-CSCF通过Mw参考点转发给S-CSCF。S-CSCF继续处理这个请求，执行服务控制，包括与应用服务器（AS）的交互，并且通过SIP INVITE请求中的用户B的身份最终确定用户B的归属运营商的入口点。I-CSCF会通过Mw参考点收到该请求，并且通过Cx参考点来联系HSS，以找到正在为用户B提供服务的S-CSCF。该S-CSCF负责处理这个终结的会话，包括与服务器AS的交互，并最终通过Mw参考点将这个请求发送给P-CSCF。经过进一步处理后（例如压缩和隐私检查），P-CSCF通过Gm参考点将这个SIP INVITE请求发送给UE B。 UE B生成一个183响应，该响应经过与INVITE消息相同路径反向传回给UE A。再经过几次往返协商后，UE A和UE B完成会话建立。
会话结束时，UE A（或UE B）发起SIP BYE请求，该请求沿着INVITE相同路径传送给UE B（或UE A），UE B返回一个200（OK）响应，沿途的CSCF和所有的AS都会清除与本次会话有关的所有对话状态信息，SIP就完成了一次IMS业务流程控制。
四、结束语：
SIP及基于SIP的IMS业务体系为NGN的开发打下了基础，显示出巨大的潜力，全球已有50%的运营商部署了IMS。基于IMS架构的移动固定融合网络是能够得到普遍认同的最佳解决方案。
参考文献：
[1]《3G IP多媒体子系统IMS--融合移动网与因特网》 （芬）Gonzalo Camarillo,Miguel ía-Martin张同须译 人民邮电出版社 2009
[2]《IMS技术原理及应用》 胡乐明 曹磊 陈洁 电子工业出版社 2008
[3]《SIP在IP多媒体子系统中的应用》
[4]《NGN的核心-IP多媒体子系统》
[5]《IMS-NGN研究进展及组网方案》 陶志强 李宝文 电信技术 2006年第7期
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