本章向讀者介紹互聯(lián)網(wǎng)IP多媒體子系統（IMS）。2.1節解釋架構性概念。例如，我們會(huì )解釋為什么承載是獨立出來(lái)的，為什么會(huì )選擇所屬地控制模式。2.2節給出了IMS架構方面更廣的總體概觀(guān)。包括對不同網(wǎng)絡(luò )實(shí)體和主要功能的介紹。2.3節更深入的說(shuō)明網(wǎng)絡(luò )實(shí)體是怎么連接的，它們之間使用什么協(xié)議。同時(shí)還介紹和其它網(wǎng)絡(luò )（IP網(wǎng)、UMTS和CS CN）間的關(guān)系。
一些基本的需求引導著(zhù)IMS架構的建立以及它將來(lái)怎樣進(jìn)化。這一節覆蓋大部分重要的需求。3GPP第一階段的IMS需求在文檔[3GPP TS 22.228]中定義。
一個(gè)非?；镜男枨缶褪怯脩?hù)要能夠建立IP連接以獲得IMS服務(wù)。另外，要求使用IPv6[3GPP TS 23.221]。
IP連接可以在所屬地網(wǎng)絡(luò )或者訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )獲得。下圖左邊部分表示了一種可能的選擇，用戶(hù)設備（UE）從訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )獲取IP地址。在全球移動(dòng)通信系統（UMTS），這意味著(zhù)當用戶(hù)漫游的時(shí)候，無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)（RAN）、服務(wù)GPRS節點(diǎn)（SGSN）和網(wǎng)關(guān)GPRS節點(diǎn)（GGSN）位于訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )。下圖中的右半部分表示了另外一種可能的選擇，用戶(hù)從所屬地網(wǎng)絡(luò )獲取IP地址（注：從所屬地的GGSN接入）。這意味著(zhù)當用戶(hù)漫游的時(shí)候，只有RAN和SGSN位于訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )。顯然，當用戶(hù)位于所屬地網(wǎng)絡(luò )的時(shí)候，所有必需的部分都位于所屬地網(wǎng)絡(luò )中，并且從所屬地網(wǎng)絡(luò )獲取IP接入。
圖 4 用戶(hù)漫游時(shí)的IP連接選擇
值得注意的是，用戶(hù)漫游時(shí)可以像圖中顯示的那樣從所屬地網(wǎng)絡(luò )獲取IP地址。這樣的話(huà)，即使當用戶(hù)漫游到一個(gè)沒(méi)有IMS網(wǎng)絡(luò )的地方，但只要這個(gè)地方提供IP連接，用戶(hù)就可以使用IMS網(wǎng)絡(luò )提供的美妙服務(wù)。理論上來(lái)說(shuō)，可以只在一個(gè)地方部署一個(gè)IMS網(wǎng)絡(luò )，然后通過(guò)GPRS漫游來(lái)將用戶(hù)連接到這個(gè)所屬地網(wǎng)絡(luò )。但從實(shí)際操作上來(lái)說(shuō)，由于路有效率不夠高而一般不這么干?？梢韵胂笠幌侣酚蓪?shí)時(shí)傳輸協(xié)議（RTP）數據包時(shí)將它們從美國轉到歐洲，又從歐洲轉到美國。然而，當在初始階段或者正在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )范圍擴展時(shí)，對于提供非實(shí)時(shí)或者實(shí)時(shí)性要求比較低的服務(wù)，這個(gè)部署模型是非常重要的。
IMS被設計為不依賴(lài)于介入方式，因此IMS的服務(wù)可以在任何提供IP連接的網(wǎng)絡(luò )（例如：GPRS、WLAN、寬帶接入x-Digital用戶(hù)線(xiàn)（broadband access x-Digital SubscriberLine））上提供。不幸的是，IMS版本5規定中包含了一些特定于GPRS的特性。在版本6中，特定于接入的問(wèn)題會(huì )被從IMS核心描述部分獨立出來(lái)。3GPP使用術(shù)語(yǔ)“IP連接接入網(wǎng)（IP connectivity accessnetwork）”來(lái)指代提供UE和IMS間底層IP連接的網(wǎng)絡(luò )實(shí)體和接口集合。本書(shū)中使用GPRS作為接入網(wǎng)的例子。
在公共互聯(lián)網(wǎng)上，延遲往往很高而且在變化，數據包也會(huì )錯序或者丟失。而在IMS里，這不再是一個(gè)問(wèn)題。底層的接入網(wǎng)和傳輸網(wǎng)再加上IMS，提供了端到端的服務(wù)質(zhì)量（QoS）。
通過(guò)IMS，UE在會(huì )話(huà)建立或者會(huì )話(huà)修改的時(shí)候協(xié)商它的能力以及表達QoS需求。UE能夠協(xié)商例如以下一些參數：
· 媒體類(lèi)型，通信流的方向。
· 媒體比特率，數據包大小，數據包發(fā)送頻率。
· RTP負載的使用方式。
· 帶寬的適配。
在協(xié)商完應用層的參數后，UE從接入網(wǎng)中預留出適量的資源。在端到端QoS建立好之后，UE將媒體進(jìn)行編碼并通過(guò)適當的協(xié)議（例如RTP）來(lái)進(jìn)行打包，然后通過(guò)IP層之上的傳輸層協(xié)議（如TCP和UDP）來(lái)進(jìn)行發(fā)送。我們假設，運營(yíng)商們會(huì )協(xié)商服務(wù)級別協(xié)定，以確?；ミB骨干網(wǎng)的QoS。在UMTS的情況下，運營(yíng)商可以利用GPRS的漫游交換骨干網(wǎng)。
IP策略控制意味著(zhù)有能力通過(guò)IMS會(huì )話(huà)信令中的的參數來(lái)授權和控制通信流承載通道的使用。這樣做需要提供IP連接的接入網(wǎng)絡(luò )和IMS間的交互。建立交互的方式可以被分成三種類(lèi)型[3GPP TS 22.228、23.207、23.228]：
· 策略控制實(shí)體能夠確認在SIP消息中協(xié)商的參數在媒體通信流承載通道建立的時(shí)候被使用。這使得運營(yíng)商能夠確保他的承載通道資源沒(méi)有被失當的使用（例如，承載通道的源目的IP地址及帶寬和建立SIP會(huì )話(huà)時(shí)協(xié)商的相同。）。
· 策略控制實(shí)體增強對SIP會(huì )話(huà)中終端間的承載通道建立和拆除的控制。這使得可以阻止會(huì )話(huà)建立完成之前對承載通道資源的使用。也使得可以讓媒體流的開(kāi)始和停止與IMS會(huì )話(huà)的計費的開(kāi)始和停止同步。
· 策略控制實(shí)體能夠在IP接入網(wǎng)絡(luò )修改、暫?；蛘哚尫艜?huì )話(huà)的承載通道時(shí)接收通知。這使得IMS能夠釋放正在進(jìn)行的會(huì )話(huà)，因為用戶(hù)有可能已經(jīng)不再覆蓋區域了。
策略控制將會(huì )在3.9節中進(jìn)一步討論。
安全是所有電信網(wǎng)絡(luò )系統的基本需求，在IMS中同樣也不例外。IMS提供了至少和GPRS和電路交換網(wǎng)絡(luò )一樣安全的安全機制。例如，IMS確保用戶(hù)在使用服務(wù)前先進(jìn)行認證，而且用戶(hù)在加入會(huì )話(huà)的時(shí)候可以要求隱私保護。3.6節將會(huì )更詳細的討論安全性。
從運營(yíng)商或者服務(wù)提供商的角度出發(fā)，向用戶(hù)收費的能力是任何網(wǎng)絡(luò )中都必需的。IMS架構允許使用不同的計費模型。這包括向主叫方收費，或者基于使用的傳輸層資源同時(shí)向主被叫方收費。后一種情況下，主叫方有可能承擔全部IMS層會(huì )話(huà)的費用。因為傳輸層和IMS層可能使用完全不同的計費策略。然而，運營(yíng)商可能會(huì )喜歡將傳輸層和IMS層（服務(wù)和內容）的計費信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)。如果運營(yíng)商使用一個(gè)策略控制接口，就可以實(shí)現這個(gè)目的。計費關(guān)聯(lián)機制將會(huì )在3.10.2節中進(jìn)一步闡述，而策略控制將會(huì )在3.9節中解釋。
一個(gè)IMS會(huì )話(huà)可能包含多個(gè)媒體成分（例如音頻和視頻）。要求IMS能夠提供為每一個(gè)媒體部分進(jìn)行計費的方法。這使得如果被叫向會(huì )話(huà)中添加一個(gè)媒體成員時(shí)，有可能向被叫收費。不同的IMS網(wǎng)絡(luò )間還須具備相互交換當前一個(gè)會(huì )話(huà)的計費信息的能力[3GPP TS 22.201、TR 23.815]。
IMS架構同時(shí)支持在線(xiàn)和離線(xiàn)計費能力。在線(xiàn)計費是一種計費信息能夠實(shí)時(shí)影響正在提供的服務(wù)的計費過(guò)程。它直接和會(huì )話(huà)控制與服務(wù)控制打交道。實(shí)際操作時(shí)，運營(yíng)商可以在允許用戶(hù)加入一個(gè)會(huì )話(huà)之前檢查用戶(hù)的賬戶(hù)，而在賬戶(hù)金額被用光的時(shí)候結束會(huì )話(huà)。離線(xiàn)計費是一種計費信息不實(shí)時(shí)影響正在提供的服務(wù)的計費過(guò)程。這是一種傳統的模式，運營(yíng)商在一段時(shí)期內搜集計費信息，而在時(shí)期結束時(shí)向用戶(hù)發(fā)送賬單。
從用戶(hù)的角度來(lái)看，不管他當前所在的地理位置，能夠訪(fǎng)問(wèn)到他的服務(wù)是非常重要的。漫游特性使得用戶(hù)即使不位于所屬地網(wǎng)絡(luò )的服務(wù)區時(shí)，也能夠使用他的服務(wù)。2.1.1節已經(jīng)介紹過(guò)了兩種漫游的例子，也就是GPRS漫游和IMS漫游。除了這兩種情況外，還有一種電路交換（CS）漫游的情況。GPRS漫游表示通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )提供的RAN和SGSN以及所屬地網(wǎng)絡(luò )提供的GGSN和IMS來(lái)訪(fǎng)問(wèn)IMS網(wǎng)絡(luò )。IMS漫游指代另外一種網(wǎng)絡(luò )配置方式：訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )提供的IP連接（也就是RAN、SGSN和GGSN）和IMS接入點(diǎn)（亦即P-CSCF），而所屬地網(wǎng)絡(luò )提供其余的IMS功能。IMS漫游相對于GPRS漫游的優(yōu)點(diǎn)是可以?xún)?yōu)化用戶(hù)層資源的使用。IMS和CSCN域間的漫游表示當一個(gè)用戶(hù)在其中一個(gè)網(wǎng)絡(luò )中沒(méi)有注冊或者不可達時(shí)，呼叫可以被路由到另外一個(gè)網(wǎng)絡(luò )。非常重要的一點(diǎn)是，CSCN域和IMS域都有自己的服務(wù)，并且不能被對方使用。有一些服務(wù)是相似的（例如IMS中的VoIP和CSCN中的語(yǔ)音通信），并且在兩種域中都可用。下圖展示了不同的IMS/CS漫游情景。
圖 5 IMS/CS漫游的可能選擇
很顯然，IMS不會(huì )在世界各地同時(shí)部署。除此外，人們不會(huì )那么迅速的改變終端和訂閱的服務(wù)。這就產(chǎn)生了一個(gè)問(wèn)題，如何連接到這個(gè)人而不管他用什么終端以及他生活在哪里。如果要成為一個(gè)新的、成功的通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和架構，IMS需要能夠連接盡可能多的用戶(hù)。因此，IMS支持和PSTN、ISDN、移動(dòng)通信與互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)的通信。另外，需要有可能支持3GPP組織之外定義的互聯(lián)網(wǎng)應用。
2G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )使用訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)服務(wù)控制（visited servicecontrol）。它的意思是，當用戶(hù)漫游時(shí)，訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )中的某個(gè)實(shí)體來(lái)提供服務(wù)并控制用戶(hù)的通信流。2G網(wǎng)絡(luò )中的這個(gè)實(shí)體叫做訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)移動(dòng)服務(wù)交換中心（MSC）。IMS版本5較早期的時(shí)候同時(shí)支持訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)和所屬地服務(wù)控制（home servicecontrol）模型。支持兩種控制模式要求每個(gè)問(wèn)題需要有兩個(gè)解決方案。因為一種簡(jiǎn)單的解決方案可能不適用于兩種模型，所以這也會(huì )減少網(wǎng)絡(luò )架構中的最佳解決方案。支持兩種模型還意味著(zhù)需要更多IETF協(xié)議的擴展，也會(huì )增加注冊和會(huì )話(huà)流程的制定工作。由于模型的復雜性并且相對于所屬地控制模型沒(méi)有顯著(zhù)增加的好處，訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)控制模型被拋棄了。相反的，訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)服務(wù)控制模型增加了一些限制。它要求運營(yíng)商間的多種關(guān)系和多種漫游模型。由于兩種服務(wù)控制模型都需要支持一樣的服務(wù)，服務(wù)的開(kāi)發(fā)速度會(huì )變得緩慢。如果不這樣的話(huà)，漫游用戶(hù)就會(huì )經(jīng)受服務(wù)的退化。另外，運營(yíng)商間的接口增多，這使得方案變得復雜（例如安全和計費方案）。因此，選擇了所屬地服務(wù)控制模型。這表示，訪(fǎng)問(wèn)用戶(hù)數據庫以及和服務(wù)平臺直接打交道的網(wǎng)絡(luò )實(shí)體是位于用戶(hù)的所屬地網(wǎng)絡(luò )的。
可擴展的服務(wù)平臺以及可以快速推出服務(wù)的能力非常重要，這意味著(zhù)按照舊的方式來(lái)標準化所有的電信服務(wù)、應用和增值服務(wù)不再合適。因此，3GPP標準化提供服務(wù)的能力，而不是服務(wù)本身[3GPP TS22.101]。IMS架構實(shí)際上包括了一個(gè)服務(wù)框架，以提供必需的能力來(lái)支持話(huà)務(wù)、視頻、多媒體、短消息、文件共享、數據傳輸、游戲和IMS中的基本增值服務(wù)。3.12節進(jìn)一步描述了IMS服務(wù)控制是怎么工作的。23到25章更細化的講述了在線(xiàn)服務(wù)、短消息服務(wù)和會(huì )議服務(wù)是如何提供的。
3GPP在架構方面的設計上使用了分層的方式。這意味著(zhù)傳輸和承載服務(wù)被從IMS信令網(wǎng)絡(luò )和會(huì )話(huà)管理服務(wù)中分離出來(lái)。而服務(wù)又是運行在IMS信令網(wǎng)絡(luò )之上的。下圖顯示了這個(gè)設計。
圖 6 IMS分層的設計
有些情況下，很難區分功能實(shí)體是應該在上面一個(gè)還是在下面一個(gè)層次中。分層的方式旨在最小化層次間的依賴(lài)。帶來(lái)的一個(gè)好處是使得以后增加新的接入網(wǎng)變得容易。版本6中，無(wú)線(xiàn)本地網(wǎng)（WLAN）的接入IMS這個(gè)任務(wù)，將會(huì )測試這個(gè)分層做的有多好。其他接入方式會(huì )跟著(zhù)加入（例如固定寬帶）。
分層的方式增加了應用層的重要性。當應用是獨立的并且下面的IMS網(wǎng)絡(luò )能提供基本的功能時(shí)，同樣的應用就可以運行在使用多種方式接入的UE上。
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書(shū)名：THE IMS IP Multimedia Concepts and Services in the Mobile Domain
出版社：John wiley & Sons, Ltd
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