摘 要： 闡述IMS的框架結構和關鍵技術，重點介紹了IMS的分層體系結構和該體系需支持的功能，并展望了IMS的發展。
關鍵詞： IMS E.164 核心網" title="核心網">核心網 信令" title="信令">信令網
IP多媒體子系統IMS(IP Multimedia Subsystem)是第三代移動通信伙伴組織3GPP(The 3rd Generation Partnership Project)在Release5版本標準中提出的。它是基于會話發起協議SIP(Session Initiation Protocol)的體系。SIP是按客戶／服務器方式工作的基于文本的信令協議。IMS是使用SIP呼叫控制機制來創建、管理和終結各種類型多媒體業務的子系統。通過IMS，各種類型的客戶端都可以建立起端到端的IP通信，并可獲得所需的服務質量" title="服務質量">服務質量。除會話管理外，IMS體系中還有完成服務所必須的注冊、安全、計費、承載控制和漫游等功能。除了以SIP為核心外，IMS的另一個重要特點是具有對各種接入技術的廣泛適應性。由于IMS與接入技術的無關性，3GPP和ITU-T等標準化組織都在研究擴展IMS的能力，以適應固定終端與移動終端在呼叫流程和鑒權能力方面的不同，增強接入安全和服務質量QoS方面的功能，并支持包括固定網在內的多種接入技術，以便發揮IMS基于SIP會話的通用平臺的作用，構造固定網與移動網相融合的公共核心網。
1 IMS的體系
1.1 分層體系結構
3GPP使用分層的方法進行體系設計，這意味著傳輸和承載服務將從IMS信令網" title="信令網">信令網和會話管理服務中分離出去，使更高層的服務都運行在IMS信令網之上。IMS的分層體系如圖1所示。
1.2 體系要求
1.2.1 IP連接
IP連接可以通過歸屬網絡或拜訪網絡獲得。用戶漫游時的IP連接示意圖如圖2所示。圖中的(a)部分表示用戶設備通過拜訪網絡獲得一個IP地址的情況。在通用移動通信系統UMTS(Universal Mobile Tele-communications System)網絡中，這意味著用戶漫游到拜訪網絡時所使用的無線接入網RAN(Radio Access Network)、GPRS服務支持節點SGSN(Serving GPRS Support Node)和GPRS網關支持節點GGSN(Gateway GPRS Support Node)都位于拜訪網絡。圖2中的(b)部分表示終端從歸屬網絡獲得一個IP地址的情況。在UMTS網絡中，這意味著用戶漫游到拜訪網絡時，RAN和SGSN位于拜訪網絡。顯然，當用戶位于歸屬網絡時，所有必需的網元都位于歸屬網絡，IP連接也位于該網絡中。
1.2.2 接入無關性和通信安全
IMS的設計思想與具體的接入方式無關，從而IMS服務可以通過任何IP網絡提供支持。此外IMS至少提供了與之相對應的GPRS和電路交換網絡類似的安全性。
1.2.3 IP多媒體服務質量保證
在Internet中，時延一般較大，且不確定，這樣使得分組的到達順序不確定，并且有些分組會丟失或被遺棄。而在IMS中，它與底層接入和傳輸網絡一起提供端到端的服務質量保證，從而保證不會出現分組丟失或被遺棄等情況。
1.2.4 計費功能
IMS體系允許使用不同的計費模型。根據傳輸層所使用的資源情況，可對主叫方單方計費或對主被叫雙方計費。在主被叫雙方都計費的情況下，主叫方是基于IMS層會話進行計費，而被叫方是對會話中增加的新的媒體元素進行計費。同時IMS還支持在線計費和離線計費。
1.2.5 漫游功能
IMS支持GPRS漫游、IMS漫游和IMS電路交換漫游。GPRS漫游是指拜訪網絡提供SGSN和RAN，而歸屬網絡提供GGSN和IMS時接入IMS的漫游。IMS漫游模型是指—種網絡配置，此時拜訪網絡提供IP連接，而歸屬網絡提供IMS功能的其余部分。
1.2.6 與其他網絡的配合
作為一個新的通信網絡技術和體系，IMS支持與PSTN、ISDN、移動網和Internet用戶之間的通信。
1.2.7 服務開發和服務模型
IMS體系必須包含一個服務框架，使IMS能夠支持語音、視頻、多媒體等附加服務。IMS所采用的服務模型是歸屬服務控制，即訪問用戶數據庫并與服務平臺直接交互的實體總是位于用戶的歸屬網絡。
2 IMS相關實體和功能
IMS的相關實體和功能主要體現在呼叫會話控制功能CSCF(Call Session Control Function)、媒體處理功能和網關功能上。
2.1 呼叫會話控制功能的組成
CSCF包含代理呼叫會話控制功能P-CSCF(Proxy CSCF)、問訊呼叫會話控制功能I-CSCF(Interrogation CSCF)和服務呼叫會話控制功能S-CSCF(Serving CSCF)。
2.1.1 P-CSCF實體的功能
P-CSCF是IMS系統中用戶的第一個接入點，它負責驗證請求，并且可以作為用戶代理UA(User Agent)。在異常條件下釋放會話和生成獨立的SIP事務時，UA是必不可少的。在同一個運營商的網絡中可以有一個或多個P-CSCF。其功能包括：
(1)通過用戶設備UE(User Equipment)提供的歸屬域名來轉發注冊請求給I-CSCF。
(2)將UE接收到的SIP請求和響應轉發給 S-CSCF，并將SIP請求和響應轉發給UE。
(3)檢測緊急會話并建立請求。
(4)發送與計費有關的信息給計費采集功能CCF(Charging Collection Function)。
(5)提供SIP信令完整性保護，并且維持UE與P-CSCF之間的安全機制。
(6)對來自UE的SIP消息進行解壓縮和壓縮，支持三個基于BFC的壓縮。
(7)用戶登記員從S-CSCF訂閱一個注冊事件包，并下載了隱性注冊的公共用戶身份，從而獲取網絡轉發注冊解除事件的通知消息。
(8)與策略決策功能模塊交互。
(9)會話計時器允許P-CSCF檢測和釋放被掛起的會話所消耗的資源。
2.1.2 I-CSCF實體的功能
在運營商網絡中，I-CSCF提供了所有連接到該網絡中某一用戶的接入點。在一個運營商的網絡中可以有多個I-CSCF。I-CSCF執行的功能如下：
(1)聯系歸屬用戶服務器HSS(Home Subscriber Server)，從而獲得正在為某個用戶提供服務的S-CSCF的名字。
(2)在沒有分配任何S-CSCF時，根據從HSS收到的能力集來指定一個S-CSCF。
(3)轉發SIP請求或響應給S-CSCF。
(4)發送與計費相關的信息給CCF。
(5)提供隱藏功能。
2.1.3 S-CSCF實體的功能
S-CSCF是IMS的核心，它位于歸屬網絡。一個運營商網絡中可以有多個S-CSCF，且這些S-CSCF可以具有不同的功能。S-CSCF的具體功能如下：
(1)通過IMS認證和密鑰協商AKA(Authentication and Key Agreement)機制來認證用戶，并充當登記員處理注冊請求。
(2)在注冊過程中或者在處理一個注冊用戶的請求時，從HSS下載用戶信息及與服務相關的數據。
(3)將發向移動用戶的業務流轉發給P-CSCF，并且將移動用戶產生的業務流轉發給I-CSCF、出口網關控制功能BGCF(Breakout Gateway Control Function)或者應用服務器AS(Application Server)。
(4)進行會話控制，作為代理服務及UA。
(5)使用域名服務器翻譯機制將E.164數字翻譯成SIP統一資源標識符URI(Uniform Resource Identifier)。
(6)監視注冊計時器，并在需要時解除用戶注冊及與服務平臺的交互。
(7)當運營商支持IMS緊急呼叫時，用于選擇緊急呼叫中心。
(8)執行媒體修正和維持會話計時器。
(9)發送與計費相關的信息給CCF以進行離線計費，或者發給在線計費系統OCS(Online Charging System)進行在線計費。
2.2 媒體功能
媒體功能主要包含多媒體資源控制器MRFC(Multi-media Resource Function Controller)和多媒體資源功能處理器MRFP(Media Resource Processor)。
2.2.1 MRFC實體的功能
MRFC用于支持與承載會議、對用戶公告及進行承載代碼轉換等相關的服務。MRFC解釋從S-CSCF收到的SIP信令，并且使用媒體網關控制協議指令來控制 MRFP。MRFC還能夠發送計費信息給CCF和OCS。
2.2.2 MRFP的功能
MRFP提供被MRFC所請求和指示的用戶平面資源。MRFP具有輸入混合媒體流" title="媒體流">媒體流、媒體流信源和處理媒體流等功能。
2.3 網關的組成
網關功能主要包括：出口網關控制功能BGCF、媒體網關控制功能MGCF(Media Gateway Control Function)、IMS媒體網關功能IMS-MGF(IMS Media Gateway Function)和信令網關SGW(Signaling Gateway)。
2.3.1 BGCF實體的功能
BGCF負責選擇到電路交換CS(Circuit Switched)域出口的位置。當同出口位于相同網絡時，則BGCF選擇MGCF進行進一步的會話處理；否則，BGCF將會話轉發到相應網絡的BGCF。此外，BGCF能夠報告計費信息給CCF，并且收集處理統計信息。
2.3.2 MGCF實體的功能
MGCF是使IMS用戶和CS用戶之間可以進行通信的網關。所有來自CS用戶的呼叫控制信令都指向MGCF，它負責進行ISDN用戶部分或承載無關呼叫控制與SIP協議之間的協議轉換，并將會話轉發給IMS。MGCF還控制與其關聯的用戶平面實體和IMS-MGW中的媒體通道并報告計費信息給CCF。
2.3.3 IMS-MGW實體的功能
IMS-MGW提供CS網絡和IMS之間的用戶平面鏈路。它終結來自CS網絡的承載信道和來自骨干網的媒體流，執行這些終結之間的轉換，并在需要時為用戶平面進行代碼轉換和信號處理。此外，IMS-MGW能夠提供音調和公告給CS用戶并受MGCF控制。
2.4 SGW實體的功能
信令網關用于不同信令的互聯，可以基于SCTP/IP信令網和七號信令系統網(SS7)的互聯。SGW在基于SS7的信令傳輸與基于IP的信令傳輸之間進行傳輸層的雙向信令轉換。它不對應用層的消息進行解釋處理。
3 展望
目前的電信網絡體系結構由多個相互獨立的垂直業務體系組成，如IP電話、可視電話、視頻點播等。不同網絡為用戶提供不同的業務?！敖K端—網絡—應用”的“點到點”形式的傳統網絡結構不利于運營商簡單、快速引入新業務以及業務之間的互動。下一代“融合”的演進方向是“多種終端—多種接入—統一控制核心網—多種應用”的網絡體系結構。不同業務能同時運行及交互。基于IMS的融合體系架構正是適應這種融合需求而產生的。作為基于標準的開放架構，IMS使運營商能跨越不同終端和網絡，快速地提供融合的多媒體業務，創建與接入終端無關的永遠在線的網絡?；贗MS的網絡融合的研究才剛開始,很多功能實體和接口的功能需要增強或修改。目前標準組織的活動還處于功能需求的研究階段。實現這些功能的流程、消息及參數還需要進一步完善。
IMS的體系使各種類型的客戶終端都可以建立起對等的IP通信，并且可以獲得所需的服務質量。除了會話控制外，IMS體系還定義了完成服務所必需的功能。IMS已經成為下一代網絡融合的核心。
參考文獻
1 Technical specification group services and system aspects.TSGS.28 0407 Meeting #28，2005
2 3GPP TS 24.229 V6.5.1.IP multimedia call control protocol based on Session Initiation Protocol(SIP) and Session Description Protocol(SDP) Stage 3(Release 6).2005
3 3GPP TS 23.228 V6.8.0.Technical specification group services and system aspects.IP Multimedia Subsystem(IMS) Stage 2(Release 6).2004
4 Poikselka M，Mayer G，Khartabil H等編著，趙鵬，周 勝，望玉梅譯.IMS：移動領域的IP多媒體概念和服務.北京：機械工業出版社，2005