IMS網路的功能實體介紹

http://blog.csdn.net/foolskindom/archive/2009/12/16/5018547.aspx
2.2 IMS實體和功能描述

本節討論IMS實體和關鍵功能。這些實體可以被粗略的分為六大類：會話控制和路由實體族（CSCFs）、資料庫實體（HSS、SLF）、互聯實體
（BGCF、MGCF、IM-MGW、SGW）、服務相關實體（應用伺服器、MRFC、MRFP）、支援性實體（THIG、SEG、PDF）和計費相關實
體。需要理解一個非常重要的事實，IMS標準沒有詳細描述網路實體的內部功能。例如，HSS內部有三個功能部分：IMS功能、CS域所需的必要功能和PS
域所需的必要功能。3GPP標準沒有描述IMS功能部分PS功能部分如何互動。相反的，它描述實體間的介面和介面支援的功能（例如CSCF如何從HSS獲
取使用者資料）。2.3節將會介紹這些不同的介面。另外，GPRS網路中的功能體將會在本節結束部分介紹。

2.2.1 代理CSCF

代理呼叫會話控制功能實體（P-CSCF）是使用者接入IMS過程中的第一個連接點。所有來自UE和發往UE的SIP信令訊息流程都會通過P-
CSCF。就像它的名字表示的一樣，P-CSCF像[RFC
3261]中定義的代理一樣工作。這意味著P-CSCF會檢查請求訊息、並把它轉寄給選定的目的地，同時處理和轉寄應答訊息。另外的，P-CSCF也可以
像[RFC
3261]中定義的使用者代理程式（UA）一樣工作。這種UA的角色用在當發生異常時發起釋放會話（例如，依照基於服務的本地策略檢測到了使用者承載通道丟失了。
請參考3.9節）。也用在5.12.6節描述的處理註冊的過程中，來建立獨立的SIP事務（Transaction）。一個電訊廠商的網路中可以有一個或者
許多P-CSCF。P-CSCF提供的功能在[3GPP TS 23.228、TS 24.229]中描述：

· 基於UE在請求訊息中放置的網域名稱，將SIP
REGISTER訊息轉寄給域的詢問CSCF（I-CSCF）。5.5節更詳細地描述了P-CSCF在轉寄訊息之前應該做的處理（解析CSCF的一個地
址，或者讓CSCF知道這個REGISTER訊息不是在一個安全性關聯（security association）上收到的）。

· 向服務CSCF（S-CSCF）轉寄SIP請求訊息和應答訊息。第6章詳細介紹了P-CSCF在轉寄一個除REGISTER之外的請求和應答訊息給S-CSCF前應該做什麼處理（例如，檢查訊息中使用的使用者標識是正確的）。

· 向UE轉寄SIP請求訊息和應答訊息。第6章詳細介紹了P-CSCF在轉寄一個除REGISTER之外的請求和應答訊息給UE前應該做什麼處理（例如，壓縮訊息）。

· 檢測緊急電話的建立請求。IMS版本5中，P-CSCF返回一個SIP錯誤訊息，380，指示UE應該去嘗試CS
CN。這個工作在版本6中繼續進行定義，並且P-CSCF改變了原來的處理方式。P-CSCF會選擇一個S-CSCF來處理這個緊急電話。這個選擇是必要
的，因為在漫遊的情況下，原來已指派的S-CSCF位於所屬地網路。而這個位於所屬地網路的S-CSCF不能夠正確地將請求路由到正確的緊急處理中
心。（我們因該去找地理位置上近的緊急處理中心，也就是位於訪問點網路中。）

· 發送計費相關的資訊給計費採集功能實體（CCF）。

· 提供SIP訊息的完整性保護，以及維護UE和P-CSCF間的安全性關聯。完整性保護是通過IPSec ESP來提供的。版本6還能提供保密性保護。3.6節解釋IMS的安全的設計。第18章討論安全相關的協議。

· 壓縮和解壓跟UE間的SIP訊息。P-CSCF支援基於三個RFC標準的壓縮：[RFC 3320]、[RFC 3485]和[RFC 3486]。3.16節、6.4節和19章更詳細的描述SIP訊息壓縮[3GPP TS 24.229]。

· 向使用者的登記處（S-CSCF）訂閱註冊事件。這用來下載隱式註冊的公用使用者標識，並且用來擷取當網路發起登出時的通知。5.12.6節描述一個註冊事件包。3.14節展示了隱式註冊如何工作。5.14.3介紹了更多關於網路發起的登出的內容。

· 執行媒體控制策略。P-CSCF能夠檢查SDP的內容，並檢查是否包含該使用者所不允許的媒體和編結碼。如果建議的SDP不符合電訊廠商的策略，則P-CSCF拒絕這個請求，並給UE發送SIP錯誤訊息488。電訊廠商可能會由於頻寬節流設定而想要通過這個特性來限制使用者。

· 維持會話定時器。版本5沒有提供一種手段來讓有狀態的代理來獲知會話的狀態。版本6通過引入會話定時器來修正了這個缺陷。這允許P-CSCF檢測和釋放被掛死的會話所耗盡的資源。

· 和策略控制實體（PDF）互動。PDF的責任是實現基於服務的本地策略（SBLP）。版本5中，PDF是P-CSCF中的一個邏輯部分。版本6中，PDF變成了從P-CSCF中獨立出來的一個實體。

2.2.2 策略決定功能實體（PDF）

PDF的責任是基於從P-CSCF那兒擷取的會話資訊和媒體相關資訊，來做策略方面的決定。它像SBLP協議中定義的策略決定點一樣工作。SBLP中策略決定點的以下一些功能是需要支援的：

· 儲存會話和媒體相關的資訊（IP地址、連接埠號碼、頻寬等）。

· 產生一個授權令牌用以標識這個PDF和會話。

· 當從GGSN收到承載通道授權請求時，基於儲存的會話和媒體相關資訊來提供一個是否授權的決定。

· 當會話被修改時，根據會話資訊和媒體相關資訊來更新授權決定。

· 在任何時刻撤銷授權決定的能力。

· 使授權了的承載通道能夠被使用的能力（例如PDP Context）。

· 維持授權的但阻止已授權承載通道被使用的能力。

· 當承載通道（例如PDP Context）丟失或者改變的時候通知P-CSCF。只有當承載通道從0 kbit/s增長或者降低到0 kbit/s時，才會發出修改指示。

· 把IMS計費標識符轉寄給GGSN，把GPRS計費標識符轉寄給P-CSCF。

2.2.3 詢問點CSCF（I-CSCF）

I-CSCF是一個網路的進入點，所有通向這個網路中的使用者的串連都會經過這個網路的I-CSCF。一個運營網路中可能有多個I-CSCF。I-CSCF提供的功能是：

· 聯絡HSS，並擷取為一個使用者提供服務的S-CSCF的名字。

· 根據從HSS那兒擷取到的需要支援的能力，分配一個滿足要求的S-CSCF。只有目前使用者沒有分配S-CSCF的情況下，才分配一個S-CSCF。這個過程在3.8節會更詳細地講述。

· 轉寄SIP請求或者應答訊息給S-CSCF。

· 給CCF發送計費相關資訊。

· 提供隱藏功能。I-CSCF可以包含一個叫做網路拓撲隱藏互連網關（THIG）的功能實體。THIG可以被用來對運營網路之外的部分隱藏網路的配置、能力和拓撲。

2.2.4 服務CSCF（S-CSCF）

S-CSCF位於所屬地網路，是IMS的大腦。它為UE提供註冊服務和會話控制。當UE加入一個會話的時候，S-CSCF維護會話的狀態，並同服務
平台和計費功能實體打交道，以支援電訊廠商所需的服務。在一個運營網路中，可能存在多個S-CSCF，各個S-CSCF也可能支援不同的能力和功能。更為具
體的，S-CSCF完成以下功能：

· 像[RFC 3261]中定義的註冊中心一樣處理註冊請求。S-CSCF知道UE的IP地址，也知道它用來接入IMS的P-CSCF。

· 使用IMS認證和密鑰協定（AKA）計劃來對使用者進行認證。IMS AKA認證計劃能夠實現UE和所屬地網路的雙向認證。

· 當使用者註冊或者處理髮往一個未註冊使用者的請求時，從HSS下載使用者資訊和這個使用者的服務相關資訊。

· 將通往移動側的通訊路由給P-CSCF，將移動側發起的通訊路由給I-CSCF、出局網關控制功能實體（BGCF）或者應用伺服器（AS）。

· 進行會話控制。S-CSCF可以像[RFC 3261]中定義的Proxy 伺服器和使用者代理程式（UA）一樣工作。

· 和服務平台互動。當收到一個請求或者應答訊息的時候，判斷是否要路由到某個AS作進一步處理。

· 使用[Draft-ietf-enum-rfc2916bis]描述的格式，通過網域名稱解析伺服器（DNS）將E.164形式的電話號碼翻譯成SIP URI。因為IMS內的SIP信令的路由只使用SIP URI，所以會需要這個翻譯。

· 監管註冊定時器。能夠在需要的時候登出使用者。

· 當電訊廠商支援IMS緊急電話時，能夠進行選擇緊急處理中心。這是版本6的一個特性。

·
執行媒體控制策略。S-CSCF能夠檢查SDP的內容，並檢查是否包含使用者所不允許的媒體和編結碼。如果訊息裡面建議的SDP不符合電訊廠商的策略，則S-
CSCF拒絕這個請求，並給UE發送SIP錯誤訊息488。3.11節將展示媒體控制策略是怎麼作為一個部分被包含在使用者描述（user
profile）裡的。

· 維護會話定時器。版本5沒有提供一種手段來讓有狀態的代理來獲知會話的狀態。版本6通過引入會話定時器來修正了這個缺陷。這允許S-CSCF檢測和釋放被掛死的會話所耗盡的資源。

· 為支援離線計費功能而向CCF發送計費相關資訊。為支援線上計費功能而向線上計費系統（OCS）發送計費相關資訊。

2.2.5 所屬地訂閱者伺服器（HSS）

HSS是IMS中所有訂閱者資訊以及服務相關資訊的主要存放裝置。HSS中儲存的主要資料包括使用者識別碼、註冊資訊、接入參數和服務觸發資訊[3GPP TS 23.002]。

使用者識別碼包含兩個類型：私人使用者識別碼和公用使用者識別碼。私人使用者識別碼由所屬地網路電訊廠商分配，並用以註冊和授權等目的。公用使用者識別碼是被其
他使用者用來發起通話呼叫的。IMS接入參數用來建立會話，它包括使用者認證、漫遊授權和所分配的S-CSCF等資訊。服務觸發資訊用以支援SIP服務的執
行。HSS同樣能提供某個特定使用者的對S-CSCF能力的要求。這個資訊被I-CSCF用來為使用者選擇最合適的S-CSCF。

除了支援IMS相關的功能，HSS包含PS域和CS域所需的功能實體，即所屬地位置註冊伺服器和認證中心（HLR/AUC）的功能子集。HSS的結構在中表示。不同HSS間的通訊介面沒有被標準化。

圖 7 HSS的結構

HLR功能部分要求被用來為PS域的實體提供支援，例如SGSN和GGSN。這使得訂閱者能夠使用PS域的服務。同樣的，HLR還提供對CS域中實
體的支援，例如MSC和MSC Server。這使得訂閱者能夠使用CS域的服務，並能夠漫遊到GSM/UMTS CS網域網路中。

AUC為每個訂閱者儲存一個密鑰，這個密鑰被用來為訂閱者動態產生安全資料。這個安全資料被用來進行國際移動訂閱者標識符（IMSI）和網路間的雙向認證。這個安全資料還被用來提供UE和網路間無線路徑上的資料的加密和完整性保護。

根據訂閱者的數量、裝置的能力和網路的組織，一個網路中可能有多個HSS。HSS和其它網路實體間存在多種介面。

2.2.6 訂閱資訊定位功能實體（SLF）

當一個網路中部署了多個可單獨定址的HSS時，SLF作為一種解決機制，使得I-CSCF、S-CSCF和AS能夠找到給定使用者識別碼對應的使用者訂閱資訊。

2.2.7 多媒體資源控制器（MRFC）

MRFC用來支援承載通道相關的服務，例如會議、使用者通告或者承載通道的轉碼。MRFC解釋從S-CSCF收來的SIP信令，並使用媒體網關控制協
議（MEGACO）指令來控制多媒體資源處理器（MRFP）。MRFC能夠給CCF和OCS發送計費資訊。第25章將展示MRFC如何在會議服務中使用。

2.2.8 多媒體資源處理器（MRFP）

MRFP提供MRFC要求和指示的使用者層資源。MRFP提供如下功能：

· 接收到的媒體資料的混合操作（例如多方會議中的混音處理和畫面處理）。

· 產生媒體（例如發出使用者提示音）。

· ApsaraVideo for Media Processing（例如語音轉碼和媒體分析）[3GPP TS 23.228、TS 23.002]。

2.2.9 應用伺服器（AS）

要記住層次化的設計中，AS不是一個純粹的IMS實體。相反，它是屬於IMS之上的功能部分。然而，AS還是在這裡作為IMS的功能實體進行介紹。這是因為AS實體為IMS網路中提供多媒體增值服務。

AS位於所屬地網路中或者在位於第三方。這裡的第三方指示一個網路或者單獨的一個AS。AS的主要功能是：

· 處理和影響從S-CSCF接收到的SIP會話。

· 發起SIP請求。

· 給CCF和OCS發送計費資訊。

提供的服務不只是局限於基於SIP的服務。這是因為電訊廠商為訂閱者提供了訪問基於CAMEL服務環境（CSE）和OSA的服務的能力[3GPP
TS 23.228]。因此，“AS”是一個用來一般指代SIP AS、OSA伺服器（OSC）和CAMEL
IP多媒體服務交換功能實體（IM-SSF）的術語。

通過使用OSA，電訊廠商可以利用一些服務能力特性來方便服務的開發，例如：呼叫控制、使用者互操作、使用者狀態、資料會話控制、終端能力、賬戶管理、以
及計費和策略控制[3GPP TS
29.198]。OSA架構一個額外的好處是可以被用來作為用一種安全的方式為IMS提供第三方AS的標準化機制。這是因為OSA本身包含了發起訪問、認
證、授權、註冊和發現的特性（S-CSCF沒有為第三方的安全訪問IMS而提供認證和安全功能）。由於OSA服務的支援是由電訊廠商來決定的，因此架構性方
面不應該讓多個實體支援OSA協議和特性。所以OSA SCS被用來終結S-CSCF處過來SIP信令。OSA
SCS使用OSA應用編程介面（API）來和真正的OSA應用伺服器互動。

IM-SSF功能實體被引入IMS架構，用來支援遺留下來的在CAMEL服務環境（CSE）中開發的服務。它承載了CAMEL網路特性（觸發器監測點、CAMEL服務交換有限狀態機器等），並同CAMEL應用部分（CAP）介面互動。

圖 8 不同AS類型間的關係

SIP AS是基於SIP的伺服器。它承擔著廣泛的多媒體增值服務。SIP AS可以被用來提供線上服務、短Message Service和會議服務。SIP伺服器的不同功能將作為服務提供的一部分在8.3節和3.12.4節中更詳細的講述。

顯示了不同功能實體間是如何串連的。從S-CSCF的角度來看，SIP AS、OSA SCS和IM-SSF有相同的介面行為。

一個AS可能只用來實現一種服務，而一個使用者可能有多個服務，因此一個訂閱者可能有一個或者多個AS。另外，一個或者多個AS都可能參與到一個會話
中。例如，一個電訊廠商可能有一個AS來基於使用者的選擇來控制通向使用者的通訊量（在下午5點和早上7點間把所有的多媒體會話都重新導向到一個應答電話），而有
另外一個AS來根據UE的能力（螢幕大小、像素大小等）來修改立即訊息的內容。

2.2.10 出局網關控制器（BGCF）

BGCF負責選擇在什麼地方出局並進入CS域。選擇的結果可能是在BGCF所在的網路中或者其它網路中出局。如果出局發生在BGCF所在的網路
中，BGCF選擇一個MGCF來後續處理這個會話。如果出局發生在其它網路，則BGCF將會話傳遞到被選中網路的一個BGCF [3GPP TS
23.228]。實際選擇的規則沒有定義。另外，BGCF能夠收集統計資訊和向CCF報告計費資訊。IMS和CS的互操作將在3.13節中描述。

2.2.11 媒體網關控制器（MGCF）

MGCF是用來實現IMS使用者和CS使用者間通訊的功能實體。從CS過來的所有呼叫信令被發往MGCF。MGCF進行ISUP、BICC和SIP間的
協議轉換，並把會話轉寄到IMS中。類似的，所用IMS側發起的通往CS使用者的會話都經過MGCF。MGCF還控制關聯的使用者層實體（即IMS-MGW）
的媒體通道。另外MGCF還能向CCF報告計費資訊。IMS和CS的互操作將在3.13節中描述。

2.2.12 IMS媒體網關（IMS-MGW）

IMS-MGW提供CS網路（PSTN、GSM）和IMS間的使用者層的鏈路。它終結從CS網路過來的承載通道和從骨幹網路過來的媒體流（IP網路的
RTP流、ATM骨幹網的AAL2/ATM串連），在兩種網路之間進行轉化，提供轉碼操作，如果需要的話還提供使用者層的訊號處理。另外，IMS-MGW能
夠為CS使用者提供訊號音和提示音。IMS-MGW由MGCF來控制。

2.2.13 信令網關（SG）

SG被用來串連不同的信令網路，如基於SCTP/IP的信令網路和SS7信令網路。SGW進行在SS7上傳輸的信令和在IP上傳輸的（例如在
SIGTRAN SCTP/IP和SS7
MTP間）信令間的轉換。SGW不解釋訊息的應用程式層部分（例如BICC、ISUP）。中只顯示了ISUP，而BICC也是類似的。

圖 9 SGW中的信令轉換

2.2.14 安全網關（SEG）

為了保護安全域間控制層訊息流程的安全，訊息流程需要在進入或者離開安全域的時候通過一個SEG。安全域指代由單個行政管理
（administrative
authority）所管理的網路，這和電訊廠商網路邊界相一致。SEG被放置在安全域的邊界上，它被用來增強這個安全域通往其它安全域中SEG的安全策
略。網路中可能會有多個SEG，以避免單一點的出錯或者為了提高效能。一個SEG可以被設定來和所有可達的其它安全域或者其中一個子集互動。安全域相關的
概念會在3.6.3節更透徹的講述。

2.2.15 計費實體

不同的計費實體和相關的介面會在3.10節單獨講述。

2.2.16 GPRS實體2.2.16.1 服務GPRS支援節點（SGSN）

SGSN把RAN串連到包交換核心網。它同時負責PS域中控制功能和通訊流處理功能。控制功能包括兩個主要方面：移動管理和會話管理。移動管理處理
UE的位置和狀態，並認證訂閱者和UE。會話管理處理串連許可控制和現有資料連線的變更。控制功能還監管3G服務和資源。通訊流處理也是屬於已會話管理的
一個部分。SGSN像一個網關一樣工作，為使用者資料提供隧道傳輸。換句話說，他在UE和GGSN之間傳遞使用者通訊量。作為這個功能的一部分，SGSN還確
保串連有合適的QoS保障。另外，SGSN還產生計費資訊。

2.2.16.2 網關GPRS支援節點（GGSN）

GGSN提供和外部包交換網路的互聯互連。GGSN的主要功能就是把UE串連到外部包交換網路，在那些網路裡面會有基於IP的應用和服務。例如，外
部資料網可以是IMS或者是英特網。換句話說，GGSN把包含SIP訊息的IP包從UE路由到P-CSCF，反之亦然。另外，GGSN還協助把包含媒體的
IP包路由到目的地網路（例如，路由到被叫端的GGSN）。提供的互聯服務通常在訂閱者想接入網路的存取點上實現。大部分情況下，IMS都有自己的接入
點。當使用者啟用一個通往存取點（IMS）的承載通道（PDP
context）的時候，GGSN會為UE分配一個動態IP地址。分配的IP將被UE用來作為IMS註冊以及發起呼叫時所用的聯絡地址。另外，GGSN會
維護和監管用於IMS媒體流的PDP context的使用，併產生計費資訊。

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書名：THE IMS IP Multimedia Concepts and Services in the Mobile Domain
出版社：John wiley & Sons, Ltd

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