IMS关键技术、运营考虑及演进策略1

来源：百度文库编辑：神马文学网时间：2024/04/28 01:06:40

世界风
世界风
新势力
新势力
uni
uni
如意通
如意通
联通10010
联通10010
联通新时空
联通新时空
联通商务
联通商务

--请选择归属地-- 北京上海天津广东海南福建浙江江苏四川重庆辽宁吉林黑龙江广西陕西山东湖南山西安徽青海新疆江西河南湖北河北云南贵州宁夏内蒙古甘肃

关于中国联通

新闻动态

联通新闻

业界动态

专题报道

市场纵横

海外专递

通信技术

年度报告

返回上级

您所在的位置：首页 > 关于中国联通 > 新闻动态 > 专题报道

专题报道
IMS关键技术、运营考虑及演进策略

张云勇　彭天炜　张智江等
1、IMS的关键技术
IMS的关键技术主要体现在IMS安全、IMS的QoS、IMS基于流的计费要求等几个方面。
1.1　IMS安全
在IMS安全体系中，从UE(用户设备)到网络的各个实体(P-CSCF、S-CSCF和HSS)涉及到接入和网络两部分的安全概念，采用IPSec的安全特性为IMS系统提供安全保护。对于接入部分UE和P-CSCF之间，涉及到接入安全与身份认证，IMS AKA(鉴权与密钥协商)实现了UE与网络的双向认证功能以及UE与P-CSCF之间协商SA(安全关联)，并通过IPSec提供接入安全保护。网络部分引入了安全域概念。安全域是一个由独立权威机构管理的网络，同一安全域内，有典型的安全水平和安全服务。接入网络的安全和IP网络的安全，分别在33.203和33.210中定义。
具体而言，IMS主要保证以下5方面的安全：通过HSS(归属用户服务器)、ISIM(IP多媒体SIM)功能和AKA机制提供双向鉴权；UE和P-CSCF之间的Gm接口安全，包括信令的完整性、加密等；网络域的Cx接口安全；不同网络间SIP节点之间的安全；同一网络中SIP节点之间的安全。
其中，UE到P-CSCF之间的安全由接入网络安全机制(33.203)提供；IMS网络之上的安全由IP网络的安全机制(33.210)保证；UE与IMS的承载层分组网络的安全仍由原有的安全机制(33.102)支持。所有IP网络的端到端安全基于IPSec，密钥管理基于IKE协议，直接引用了IETF的规范。
1.2　IMS的QoS
IMS的QoS主要包括IM CN子系统会话的QoS要求和IM CN子系统信令的QoS要求两个方面。
(1)IM CN子系统会话的QoS要求
QoS信令和资源分配的选择、配置、起始和终止必须考虑以下要求，以保证与IM CN子系统会话相关的QoS要求。
●QoS信令和会话控制之间的独立性：QoS信令和资源分配方案的选择应独立于选定的会话控制协议，以便允许IM CN(IP多媒体核心网络)子系统中的QoS控制和会话控制的独立发展。
●端到端QoS信令和资源分配的必要性：在IM CN子系统中会话建立期间，端到端QoS指示、协商和资源分配应该得到支持。
●IP承载业务层的QoS信令/协商和资源分配：IP承载业务层的QoS信令映射为IP多媒体应用层的QoS要求，并通过与外部网络的交互实现端到端的QoS。用户设备和GGSN里的IP承载业务管理器为处理IP承载业务层QoS信令的功能实体。
●UMTS承载业务层的QoS信令/协商和资源分配：UMTS承载业务层的QoS信令在用户设备UE、RAN(无线接入网)、CN(核心网络)和IP承载业务管理器之间传送QoS要求，在此合适的QoS协商和资源分配相应地被激活。当采用UMTS的QoS协商机制协商端到端QoS时，GGSN(网关GPRS支持节点)里的转换功能将调整UMTS承载业务管理器和IP承载业务过滤器之间的资源分配。UMTS特有的QoS信令、协商和资源分配机制[例如，RAB(无线接入承载)QoS协商和PDP(分组数据协议)上下文建立]将在UMTS承载业务层用到。其他QoS信令机制(例如，在IP承载业务层的RSVP)将仅仅在IP承载业务层用到。在UMTS承载业务层可能协商一个单独的资源分配，并在IP承载业务层用它进行多方会话。
●IP承载业务层资源获得的限制：接入资源和在IP承载业务层的QoS提供，通过IP策略控制单元用合适的QoS策略授权。
●UMTS承载业务层资源获得的限制：接入资源和在UMTS承载业务层的QoS提供，通过用现存的UMTS登记/安全/QoS策略控制机制授权。
●会话控制和QoS信令/资源分配之间的调整：在建立一个IMS会话时应该可以终止应用，以便允许目标用户参与决定应该建立哪个承载。成功的承载建立包括多种要求的端到端QoS信令、协商和资源分配的完成。不同网段的端到端QoS信令、协商和资源分配处理的发起，将在一个会话建立要求被发起和发送之后发生。
●QoS信令和资源分配的效率：端到端QoS信令、协商和资源分配处理的次序将首先考虑协商的端到端QoS的延迟并为会话建立延迟储备资源。
●应支持动态的QoS协商和资源分配。
●应能防止业务窃取。
●业务拒绝防止：由于业务拒绝，系统不可用的概率发生在IM CN子系统应不高于相应的GPRS和电路交换业务。
(2)IM CN子系统信令的QoS要求
用户设备应能够为IM子系统相关的信令建立一个单独的PDP上下文。用户设备也应能为IM子系统信令通信应用通用目的的PDP上下文。如果运营商的网络不支持专门的PDP上下文，用户设备将为IM子系统信令应用通用目的的PDP上下文。
IM子系统相关信令的PDP上下文应可以为信令提供增强的QoS。在建立PDP上下文时，GGSN应能决定该PDP上下文是否用于IM子系统相关的信令。如果该PDP上下文用于IM子系统相关的信令，可以根据运营商的执行情况给出承载应用的规则和限制。
为使上述机制能够工作且支持漫游，要求用户设备知道拜访网络运营商应用的规则和限制。由于在R5里仍然没有机制提供关于规则/限制传回到用户设备的信息，R5中对于收到规则/限制的信令PDP上下文定义应用的最小能力集，如在信令PDP上下文中，从用户设备来的所有信息将把目的地限制为该用户设备分配的P_CSCF，或者可能为该用户设备分配的P-CSCF集合中的任意一个。
1.3　基于流的计费技术
(1)概述
IMS阶段提出了离线计费(0ffline Charging)和在线计费(Online Charging)的概念，离线计费收集CDR计费信息，在线计费通过事件触发实施计费。IMS域的离线计费节点包括CSCF(呼叫会话控制功能)、BGCF(出口网关控制功能)、MGCF(媒体网关控制功能)、AS(应用服务器)和MRFC(媒体资源功能控制器)。IMS域配置有CCF(计费控制功能)实体，用于IMS域的话单收集，与分组域的CG功能类似。IMS域的在线计费涉及到网络节点S-CSCF、AS和MRFC。
R6前的分组域计费是基于时长、流量或者PDP(APN和QoS)的，随着移动因特网的应用不断增多，基于时长、流量和PDP的计费已不能满足需要，需要应用流机制来区分用户数据中的业务流并配以相关的收费。
基于流的计费(IP Flow Based Charging)是通过IP过滤器来区分在用户上下行数据中的业务流，过滤器规则由运营商定义。过滤规则一般基于5元组(源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号和协议ID)以及深层过滤器(对于用户IP包进行更深层的分析并识别用户业务的状态)，在同一PDP中可同时实施多个业务流过滤器。
(2)基于IP流的计费对网络结构的影响及存在问题
目前，为了实施基于IP流的计费，计费采集的实施点正从SGSN改为GGSN、由拜访地改为归属地，而且基于流的计费与GPRS计费的关系、与IMS系统的关系、与WLAN系统的关系以及在OCS(在线计费系统)、CRF(计费规则功能)和TPF(流量平面功能)分别属于拜访地或归属地网络时对于网络结构的影响还有待进一步研究。
另外，关于SBBC(Service Based Bearer Control，防止控制与承载分离后用户旁路计费)、基于流的计费尚在研究之中。
2、IMS运营考虑
2.1　用户识别和用户数据管理
(1)私有用户身份
每个IM CN子系统将有一个私有用户身份。私有用户身份采用网络接入标识(Network Access Identifier，NAI)的形式定义并由归属网络运营商分配，用于登记、鉴权、准入和计费等目的。对于用户私有身份，IMSI的表示可能包含在NAI里。
私有用户身份具有如下特征：不用于SIP信息的路由；包含在所有的登记请求中，从用户设备传到归属网络；将安全地存储在USIM(通用SIM)上；全球惟一的身份并且在归属网络可以使用；长久地分配给用户，在归属网络，用户的在签约期一直有效；用于识别存储在HSS内的用户信息(如鉴权信息)；可出现在基于运营商计费的记录中；仅在用户登记期间鉴权，包括重登记和去登记；HSS和S-CSCF需要获得并存储私有用户身份。
(2)公共用户身份
每一个IM CN子系统用户将有一个或者多个公共用户身份，任何要求与其他用户通信的用户都可以使用该公共用户身份。
公共用户身份具有如下特征：根据用户所拥有的公共用户身份，电话号码和因特网命名两种方案都可表示用户地址；采取SIP URL的形式(在RFC 2543中和RFC 2396中定义)或者E.164号码；至少一个公共用户身份将安全地存储在USIM上，但不要求所有的附加公共用户身份存储在USIM上；一个签约用户可以有多于一个的公共身份进行全球登记；在登记期间，公共用户身份不由网络鉴权；用于识别在HSS内的用户信息。
(3)私有用户身份和公共用户身份的关系
归属网络运营商负责私有用户身份和公共用户身份的分配。与同一业务功能清单相关的所有公共用户身份将有相同的业务集；与不同业务功能清单有关的公共用户身份可能有不同的业务集。每个公共用户身份仅与一个业务功能清单有关。所有业务功能清单分享与同一S-CSCF相关的同一私有用户身份。以后IMS可能允许不同业务功能清单分享与不同S-CSCFs相关的同一私有用户身份。签约者的归属域名应该安全地存储在USIM上。
目前没有实现一个用户能够代替另外一个用户进行登记或者一个设备能代替另外一个设备进行登记。
(4)IP多媒体子系统内的SIP信令的路由
IMS内的SIP信令的路由将采用SIP URL E.164格式，基于E.164格式的公共用户身份的会话要求转换到SIP URL格式。
2.2　漫游
3GPP R6的IMS只定义了本地业务(Local Service)功能，可将漫游用户归属签约业务的业务控制(Service Control)设在归属网络中，业务平台是归属或者漫游地的(无论是本地还是漫游用户)，也应可以申请第三方网络提供的业务。
有两种可能的业务提供方法：通过归属网络中的业务平台和通过外部业务平台(例如第三方或者拜访网络)。
2.3　编号和路由
(1)网络节点的识别
在支持SIP协议的那些接口(如Gm、Mw、Mm和Mg)上，用一个有效的SIP URL(主机域名或者网络地址)应该可以确定CSCF、BGCF和MGCF节点。当在SIP信息的头域里识别这些节点时，将用到这些SIP URL。
(2)IM CN子系统地址命名的解决方法
S-CSCF支持翻译，并包含在非SIP URL“tel”格式的E.164地址到SIP可路由的SIP URL的RFC 2916格式。如果翻译失败，该会话可以路由到PSTN或者向移动台发出相应的通知。
(3)接入IM CN子系统业务的地址和路由
接入IM CN子系统业务的用户设备要求一个IP地址，它是IM CN子系统IP地址域的逻辑部分，用一个合适的PDP上下文建立。为了有效地路由，此上下文可以通过链接到拜访网络里的一个GGSN而起作用。
2.4　IMS Bootstrap
Bootstrap可以看成是移动服务提供商用来验证移动服务订购者的身份，然后为移动服务订购者配置所需参数的过程。Bootstrap有以下两种认证模式：MSP的Bootstrap，MIPv6认证独立于网络接入认证；IASP的Bootstrap，MIPv6认证依赖于网络接入认证。
在3GPP TS 33.220规范中定义了Bootstrap结构。其中，BSF为Bootstrap服务实体，HSS为用户订阅服务实体，NAF为网络应用实体。
3、IMS演进策略
IMS演进是渐进的、分阶段的。大致可以分为LMDS(遗留移动终端域)/R4、准IMS和IMS共3个阶段。LMSD/R4阶段建立分离架构，通过互通网关与传统语音网络互联；准IMS阶段主要为业务层面、运维体系的融合，同时发展CSI，在2G电路网络中开展IMS业务；IMS阶段主要为呼叫控制、业务提供的全面融合，为全IP网络。
(1)R4/LMSD阶段
本阶段特征：分离架构，电路域网络不再继续扩张，分组域网络开始扩张。
本阶段任务：完成IMS数据业务实验，使其成熟稳定；完善QoS、网络安全等分组网的关键问题。
(2)准IMS阶段
本阶段特征：开放的业务提供平台，实现一些非实时性的增值业务，如UC以及对带宽要求不高的流媒体业务。电路域网络开始萎缩，分组域网络继续扩张。
本阶段任务：完成业务提供层面的融合，探索开放业务提供模式下的运营模式和继续完善QoS以及网络安全等关键问题，另外提供CSI(电路承载和IMS绑定)。
(3)IMS阶段
本阶段特征：全IP网络架构，电路域网络继续萎缩，成为网络的边缘；移动网络和固定网络全面融合，实现综合接入；IPv6与IPv4的混合应用及QoS、网络安全、带宽等问题得到解决；流媒体业务得到普遍应用。
本阶段任务：在培养用户的多媒体业务使用习惯以及研究开放业务的架构下，联合第三方业务提供商为用户提供更多个性化的业务。
〖返回〗