浅谈3G系统中IMS技术
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摘要：目前，随着3G技术的成熟，大部分电信运营商都开展了3G系统的建设。本文结合在河南联通的实际工作经验，浅谈了3g系统中的ims技术，包括IMS标准演进、层次化结构、会话的建立。
关键词：IMS 3G 标准演进
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)02-0042-02
1、引言
随着通信技术的发展和网络的演进，各种现有以及未来新兴的无线接入技术将共同存在，既相互竞争又相互补充，构成了相互融合的异构网络环境。3G（3rd Generation，第三代）移动通信网络的来临使人们不仅可以享用传统的语音通信，而且还可以通过移动终端体验到视频、数据等多媒体业务带来的便捷和乐趣。在这种网络融合、业务融合和终端融合的发展趋势下，如何为用户提供无缝的多媒体会话控制是网络演进过程中的紧迫需求之一。3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴项目）结合现有的技术条件，考虑传统电信网和互联网的无缝整合，引入基于IP的通用核心网体系结构IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒体子系统），为异构网络提供了统一的会话控制[1][2]。
目前，随着3G技术的发展，电信运营商（例如中国移动，中国联通，法国电信等）都开展了3G系统的建设和运行，本文结合在河南联通的实际工作经验，陈述了3G系统中的关键技术IMS，包括IMS标准演进、层次化结构、会话的建立。
2、IMS标准演进
3GPP R5版本定义了IMS基本结构、功能实体及实体间的流程，使移动通信网的分组域可支持传统语音业务和其它新型移动多媒体业务。SIP作为UE与IMS以及IMS内部会话控制实体之间的握手信令，负责创建、管理和终止UE和IMS之间的多媒体会话。在IMS体系结构下，各种类型的客户端之间可以建立具有QoS保证的端到端的SIP会话[1]。
在3GPP R6版本中，IMS已经发展到第二阶段，主要侧重于IMS和外部网络的互通能力以及IMS对各种业务的支持能力。相比于R5版本，该版本定义了SBLP（基于业务的本地策略）框架和端到端的QoS概念，增加了部分业务特性、网络互通规范以及无线局域网接入特性等，目的是促使IMS成为真正可运营的网络。
3GPP R7版本中的IMS规范考虑了固定网络方面的特性要求，重点研究IMS与其它网络间的互操作问题，加强了对固定、移动网络融合的标准制定。R7版本引入了新网元E-CSCF（紧急呼叫会话控制功能），使IMS可建立紧急呼叫；R7版本改进了SBLP框架，将QoS的策略控制和流计费合并为新网元PCRF（策略计费规则功能），并使用Diameter协议传递相应的策略控制和计费控制信息；此外，R7对VCC（语音呼叫连续性）、CSI（移动电路域与IMS域协作业务）以及多媒体电话补充业务进行了定义。
3GPP R8版本结合TISPAN（电信和互联网融合业务及高级网络协议）和3GPP2的IMS研究成果，提出了全IP体系架构的统一IMS标准，作为支持固定网与移动网融合演进的分组核心网。R8定义了3GPP和非3GPP接入技术使用IMS的网络架构，使IMS理论上可以与一切IP网络互通。同时，R8提出了SB（业务）功能以增强业务交互管理；定义了新网络实体以增强VCC的业务流程；定义了MMSC（多媒体会话连续性）和ICS（IMS集中业务），解决用户同时接入电路域和分组域的会话控制问题。此外，R8还对IMS CAT（个性化回铃音）、SMS和IM（即时通讯）等业务流程进行了补充增强。
3、IMS层次化结构
IMS体系架构的设计采用分层思想[3]，将业务、控制与承载分离。IMS体系架构分为应用层、控制层和接入互联层三个部分，详细说明如下。
IMS应用层通过AS向用户提供各种业务。通过与控制层的交互，控制SIP会话以及对用户及业务数据的访问，完成各种业务功能；通过开放的接口和简单的控制协议，允许第三方安全地使用网络资源和业务能力，提供更为丰富多彩的业务。
IMS控制层，又称为会话控制层，提供对多媒体业务的会话控制，包括用户注册、SIP会话路由、用户数据维护管理，基于策略的QoS控制和计费管理。该层通过与应用层的交互执行应用的会话；通过与接入互联层的交互实现对承载的QoS控制和计费管理；在信令层面实现与外部信令系统的互联互通。
IMS接入互联层，也称用户层、传输承载层或接入网络等。该层实现了IP分组承载及其与其它各种承载类型之间的转换，完成了与基于电路域的传统网络在承载层面的互联互通，实现了IMS核心网与异构底层接入技术的无关性，为各种终端接入IMS提供接入能力和移动性管理。
由IMS的分层体系结构可知，在软交换的控制与承载分离思想基础上，IMS支持异构接入技术，引入统一的会话控制层，实现了会话控制对底层接入网络的无关性，以及会话控制层与业务控制层的分离。
4、IMS会话建立
IMS采用SIP和Diameter协议完成会话建立过程，包括AS调用和资源预留（QoS鉴权和承载建立）。由于IMS采用归属网络提供服务的方式，信令必须经过主被叫的归属网络，P-CSCF是UE所处网络的IMS入口，可以视为拜访网络。基本会话建立过程如图1所示[4][5]。
步骤1-4：当主叫用户A需要和被叫用户B建立会话时，UE A产生一个SIP-INVITE请求消息，并将其通过发端拜访网络的P-CSCF转发至发端归属网络的S-CSCF，S-CSCF执行业务调用过程。
步骤5-6：发端S-CSCF通过DNS（Domain Name System，域名系统）查询确定收端网络入口I-CSCF的地址，将INVITE消息发送给收端归属网络的I-CSCF。
步骤7-8：I-CSCF通过Diameter消息从收端网络的HSS获得为其服务的S-CSCF的地址。
步骤9-14：I-CSCF将INVITE消息发送至为被叫服务收端S-CSCF，S-CSCF完成业务调用后，把INVITE消息通过收端拜访网络的P-CSCF路由到被叫终端UE B。
以上过程中，每个IMS实体收到INVITE消息后，通过180临时响应消息进行应答，UE A在收到第一个180后，开始资源预留。主叫的INVITE消息中携带发端SDP并使用了QoS前置条件（pre-condition）扩展，说明直到会话的QoS资源可用时，被叫终端才能向用户振铃。
步骤15-20：收端返回183临时应答消息，同时携带包含收端可接受媒体参数的SDP，进行媒体协商并在其接入网上开始执行资源预留。
步骤21-30：3GPP R8版本之前的规范中，主叫通过PRACK消息通知被叫可接受其发送的带SDP的183响应，并开始资源预留；而被叫在收到该PRACK并发送200 OK之后开始资源预留。IMS的最新研究对会话建立过程进行了大量的消息优化，将主叫资源预留提前到接收SIP 183响应之前，而被叫资源预留过程则在收到INVITE之后。R8规范中，主被叫通过PRACK确定发端和收端资源预留已完成，但由于主叫在媒体协商之前完成了资源预留并建立了IP承载连接，有可能需要在PRACK之后，修改IP承载的属性。
步骤31-40：IMS早期规范中，由UPDATE和其200 OK响应消息确定发端和收端的资源预留已完成。
步骤41-67：UE B资源预留完成后开始向用户振铃并通过180 Ringing消息通知主叫终端被叫已振铃。被叫选择接听后，UE B发出INVITE消息的最终应答200 OK消息，UE A收到此消息后通过ACK消息进行确认，从而完成主被叫会话建立。
参考文献
[1]韩妮,徐展琦.IMS体系结构中的QoS问题[M].电信工程技术与标准化,12,2007.12,71-75.
[2]双锴.下一代网络业务控制能力的研究[D].北京邮电大学博士学位论文,2006.6.
[3]刘韵洁,张云勇,张智江.下一代网络服务质量技术[M].电子工业大学出版社,2005.
[4]TS 23.218,V8.0.0.IP Multimedia (IM) session handling; IM call model[S],3GPP,2007-12.
[5]TS 24.229 V8.11.0,IP multimedia call control protocol based on Session Initiation Protocol (SIP) and Session Description Protocol (SDP);Stage 3[S],3GPP,2010.3.