3GPP R5所规范的IP多媒体子系统(IMS,IP Multl-media Subsystem),是为了在3G核心网中支持多媒体会话以及其它基于SIP的业务而提出的。其主要目的是将蜂窝移动通信和互联网技术有机结合起来,向用户提供一个具有电信级QoS保证,能提供综合业务的下一代通信网络。它的主要特点是采用了SIP协议、独立于接入和承载技术。以IMS为核心的NON网络己被认为是适应未来固定网与移动网融合的网络架构。

IMS体系结构

IMS的体系结构见图1,包括以下功能实体


归属用户服务器(HSS,Home Subscriber Server)
HSS是存储用户相关信息的中心数据库,相当于传统移动网的HLg。HSS除了存储用户的签约信息与位置信息外,还保存有与用户相关的、用来处理多媒体会话的定制数据,包括:本地信息、保密信息(证明与授权信息)、注册信息、业务触发信息、用户个人信息和分配给用户的S-CSCF等。
如果一个网络配置多于一个HSS,则需要配置用户位置功能(SLF, Subscriber Location Function)实体。SLF仅仅是一个映射用户地址到其所属HSS的数据库的节点。

呼叫会话控制功能(CSCF, GalI Session ControlFunction)
呼叫会话控制功能(cSCF)实体是整个IMS网络的核心,主要负责处理多媒体呼叫会话过程中的日IP信令。其功能包括:多媒体会话控制、地址转换、以及对业务协商进行服务转换等,相当于日旷服务器。CSCF进一步可划分为:
(1)代理CSCF(P-CSCF)
P-CSCF(Proxy-CSCF)是连接MS终端(UE)和IMS网络的入口节点,所有IMS终端发起和终止于IMS终端的会话消息都要通过P-CSCF。P-CSCF实际上扮演了一个代理服务器的角色,它接收SIP请求与响应,并向IMS网络或Ms用户转发。P-CSCF可以处于拜访网络或归属网络。
(2)查询CSCF(I-CSCF)
I-CSCF(Interrogating-CSCF)是处在外地网络的IMS终端(包括本地漫游至外地的终端)进入本地IMs网络的入口节点,I-CSCF路由外地终端的slP请求和响应到本地S-CSCF。I-CSCF处于归属网络,在特殊情况下,也可以处于拜访网络。
(3)服务CSCF(S—CSCF)
S-CSCF(Servlng-CSCF)是SIP信令平面的中心节点, 其作用类似于软交换系统中的软交换设备。s—CSCF为IMS终端执行会话控制服务,并保持会话状态。所有IMS终端发出与接收的SIP信令都要通过S-CSCF,它检查这些sIP信令,决定是否需要访问应用服务器,并将信令转发至最终目的地。S-CSCF还提供SIP路由服务,路由SIP请求或响应到PSTN或CS域。S-CSCF总是处于归属网络。

应用服务器(AS)
应用服务器(AS,Application Server)是持有和执行服务的SIP实体,可以起到SIP用户代理的作用,用以提供各种3G业务。

多媒体资源功能(MRF)
多媒体资源功能为会话提供必要的媒体资源,如会议桥、多媒体彩铃/彩话、录音通知、语音短信、动画、音乐等。其中的多媒体资源功能控制器(MRFC,Mul-timedia Resource Function Controrler)负责管理与处理媒体资源,而媒体的具体处理则由媒体资源功能处理器(MRFP, Multimedia Resource Function Processor)来完成。

出口网关控制功能(BGCF,Breakout GatewayControl Function)
BGCF实体是一个具有路由功能的SlP实体,是IMS域与外部网络的分界点。当IMS终端向PSTN/CS域发起呼叫时,由BGCF决定向那个网络转发信令,如果目的PSTN/CS域为本地域,则BGCF向与PSTN/CS域接口的MGCF转发信令;否则, 向外地域的另一个BGCF转发信令。

媒体网关控制功能(MGCF,Media Gateway ControlFunction)
MGCF实体是IMS网络与传统电路交换网络实现互通的功能实体。主要负责控制层面信令的互通,在IMS的框架中已经考虑了和PSTN域以及与移动网络CS域的互通。其中的MOCF主要完成媒体网关/信令网关(Maw/SGW)注册、呼叫控制和MGW/SGW资源管理等功能。媒体网关(MGW)主要完成IMS网络与电路交换网络之间的媒体转换功能;信令网关(SGW)主要完成IMS的SIP信令与电路交换的NO.7信令之间的信令转换功能。
由上述可见IMS与软交换相比较,对控制层面作了进一步的分解,实现了会话控制功能(CSCF)实体与承载控制功能(MGCF)实体在功能上的分离。

IMS的会话建立过程

为了理解IMS网络的基本工作原理,以下是两个处于异地网络的IMS漫游终端之间建立会话的例子。在该例中介绍了IMS终端对其归属网络进行注册的SIP信令流程;以及IMS终端间呼叫建立的SIP信令流程。
假设有中国移动的两个IMS用户。一个为南京wlh用户,其SDP地址(SIP URl)为:sip:wlz@chinamobile.25.com;另一个为杭州Iwz用户,其日JP地址为:SIP:Iwz@chinamobile.571.com。目前他们均出差在外,其中的南京wIh用户去了广州(chinamobile.20.com);杭州lwz用户去了深圳(chinamobile.755.com)。在南京wlh用户到达广州;杭州lwz用户到达深圳后,将分别通过拜访网络进行SIP注册(即IMS注册)。

用户注册SIP信令流程
在建立多媒体会话之前,IMS终端必需完成归属网络的用户认证、接入网络与SIP注册。如果是拜访网络的漫游终端(UE),必需完成:
(1)UE通过激活GPRS PDP移动场景(context)过程连接lP网;
(2)UE完成其归属网络的用户认证和接入网络;
(3)UE找到它要发送SIP注册请求消息的拜访网络出口节点P-CSCF,以完成SIP注册。