四川师范大学成都学院本科毕业设计
应用层 Parlay App Web Portal Web Services SIP App Parlay Gateway 会话控制层 S-CSCF MFRC I-CSCF P-CSCF PDF BGCF MGCF MGW MFRP SG IP Signal Converter 接入层 Managed Core Network Session Border Controller Packet Access Network PSTN/ PLMN SS7 传统模拟终端 传统移动终端 有限与无线SIP终端 传统非SIP IP终端
图2.2-1 IMS的网络架构
各层结构功能如下： 2.2.1 业务应用层
主要由各种不同的应用服务器与资源服务器组成，提供各种IMS增值业务（如游戏、会议、即时消息等）及业务能力（Presence、群组等）。主要网元是一系列通过Camel、OSA/Parlay技术提供多媒体业务的应用平台。运营商可以在自行开发一些基于SIP的应用，通过标准SIP接口与IMS系统连接；还可以连接第三方SP的应用，IMS可以和标准的API，如OSA API连接，通过OSA/Parlay GW
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对第三方非信任的SP业务进行鉴权和管理等。另外该层还要提供网管、签约数据存放、计费、Web Portal统一操作、寻址等功能。支持各类话音和非话音网络应用服务器，用户可以通过Web门户直接访问它们。
2.2.2 控制层
主要完成注册、鉴权、会话路径控制、业务触发、拓扑隐藏、路由选择、 资源控制、互通等功能。主要的功能实体有CSCF(Call State Control Function，呼叫会话控制功能)、HSS(Home Subscriber Server，归属用户服务器)、MGCF（Media Gateway Control Function，媒体网关控制功能）等网元。
(1) 呼叫会话控制功能（CSCF）
CSCF是IMS系统的呼叫控制核心，它的主要作用是在IP传输平台上实现多个实时业务的分发，具有中心路由引擎、策略管理和策略执行功能。其中S-CSCF负责路由、业务触发；P-CSCF负责接入；I-CSCF负责与其他IMS网络互通。在小规模网络里三者一般合设。
(2) 归属用户服务器（HSS）
HSS是归属网络中保存IMS用户的签约信息，包括基本标识、路由信息以及签约信息等集中综合数据库，HSS中报讯的主要信息包括：IMS用户标识（包括公共及私有标识）、号码和地址信息；IMS用户网络接入认证的密钥信息、漫游限制等安全信息；IMS用户的路由、位置信息；IMS用户雨雾签约信息等。其地位相当于移动网里的HLR（归属域定位注册器）。
(3）媒体网关控制功能（MGCF）
MGCF的功能是实现与CS域互通时信令与承载的转换。在3GPP R7版本和TISPAN R1版本中，引入了IBCF互通功能和BGCF出口网管控制功能实体。IBCF部署与两个IMS网络之间或IMS与其他多媒体网络之间，作为IMS网络的边界，实现拓扑隐藏、媒体编解码/地址域转换、QoS控制等功能；BGCF是将用户的会话路由到正确的PLMN/PSTN网络。与本网用户互通，选择能路由至被叫网络的MGCF；与其他运营商互通，选择与其他运营商的BGCF互通。完成IMS网络与PSTN/PLMN/NGN/H.323网络的互通。各网元执行不同的功能，如信令控制服务器、数据库、媒体网关服务器等，协同完成信令层面的处理共跟那个，如SIP会话的建立、释放
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2.2.3 传送层
通过SIP信令建立会话，并提供承载服务，比如传送被分组打包的模拟语音等。这一层还包含媒体网关，用来实现VoIP媒体流与TDM之间的转换。媒体服务器用于支持多方会议、语音通知、语音识别等功能。 2.3 IMS的优点
IMS顺应了网络IP化和业务多媒体化的趋势。符合NGN业务、控制、承载与接入分离的要求，是软交换的延伸，并在软交换的基础上对控制功能进一步细分，以形成一个更加灵活的通信控制平台，不仅可以实现人到内容服务器的多媒体通信，而且还可以实现人到人的多媒体通信。并得到了多个标准化组织的支持，不断发展和完善，大大加快了标准化进程，使IMS可能成为未来网络统一的核心控制技术。IMS位于核心控制层，对会话提供控制和管理能力，用户可以通过任何IP接入网接入，IMS在核心控制层引入了HSS。在NGN的分层网络框架下，网络融合可以发生在网络的不同层面，包括业务层面的融合、控制层面的融合以及承载网络的融合，基于IMS的网络融合主要是控制层面的融合。在网络融合的发展趋势下，3GPP、ETSI和ITU-T都在研究基于IMS的网络融合方案，ETSI和ITU-T都已经将IMS作为了基于SIP会话的核心网基本架构，目的是使IMS成为基于SIP会话的通用平台，同时支持固定和移动的多种接入方式，实现固网和移动网的融合。
3 基于IMS的固定与移动网络融合方案
3.1 网络融合的需求分析
网络融合是通信市场的发展趋势。对于终端用户来说，希望业务个性化、多样化，满足不断增长的通信需求；希望网络支持通用移动性，不管用户在哪(终端移动性)，不管其使用何种终端设备和接入技术(个人移动性)，都可以使用其签约业务(业务移动性)；希望业务使用更加方便简单，享受“一个号码、一张计费账单、一次签约”的综合服务和统一用户体验。对于运营商来说，当前运营商间的竞争日趋激烈，尤其是固网运营商的ARPU值不断下降，运营商希望通过网络融合来整合业务、开展差异化竞争，产生新的收入增长点；同时，基于统一融合的业务平台为固定和移动用户提供业务，会使网络结构简单清晰，管理维护统
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一便捷，大大降低网络投资成本(CAPEX)和运营成本(OPEX)。网络融合是NGN的重要目标。NGN是目前通信业界关注和探讨的一个热点话题。业界的普遍共识是NGN必将是业务驱动的开放融合的网络，人们希望通过NGN来解决目前各类网络的多种问题，如统一开放的业务环境、网络融合、网络安全、QoS等 3.2 基于IMS的下一代融合网络架构
NGN分层架构下的网络融合可以发生在网络的不同层面上，包括业务层上的融合、会话控制层上的融合以及接入层与传输层上的融合。基于IMS的网络融合主要是指核心网会话控制层和业务层上的融合，目的是使IMS成为基于SIP的通用平台，同时为固定和移动用户提供丰富的业务。基于IMS实现网络融合的参考架构如图3.2-1所示。
传统智能网业务 运营商提供的第三方业务 业务控制点 智能网应用部分 IM-SSF IP多媒体业务 SIP应用服务器 OSA SCS 网管 呈现 归属用户服务器 群组管理 业务层 OSA应用服务器 计费 ISC接口 会话控制层
代理CSCF 查询CSCF 域名服务器 服务CSCF 支撑功能 MRFC SIP BGCF MGCF 信令网关 H.248 策略判决功能
MRFP传输层 H.248 七号信令 媒体网关 Go接口 NGN分组核心网 PSTN/PLMN
TDM IP 接 入 网 终端适配接口
接入层 H.323媒体网关控制协议 固定SIP终端 无线SIP终端 传统IP终端 传统窄带TDM终端
图3.2-1 网络融合架构
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3.2.1 接入层
接入层支持各种无线和有线终端的接入。各种固定和移动SIP宽带终端均可通过IP接入网（支持UMTS、CDMA2000等）直接接入IMS核心网，而其他非SIP宽带终端（如H.323终端）则必须先通过终端适配借口（TAI）完成H.323与协议的转换后才能接入。各种宽带IP终端通过MGCF、MGW和SGW等共恩能够实体实现与PSTN/PLMN CS域的普通窄带终端的互通。
3.2.2 传输层
传输层基于一个统一的分组核心网为业务媒体流和控制信息流提供端到端的传送。由于3GPP要求IMS网络和终端支持IPv6协议，而目前的固定网络及终端都没有这方面的要求，所以为实现传输层的融合应放款要求，可以使用IPv4并考虑对于网络地址端口转换（NAPT）的支持。NAPT可以解决IPv4地址缺乏的问题，它提供了一种可以隐藏终端地址并进行IP地址翻译的机制，使得终端可以采用私有IP地址与网络进行通信。
3.2.3 会话控制层
会话控制层的主要功能包括用户注册，建立、维护和终止应用终端到端会话，协商多媒体会话的需求和设置，修改当前会话的媒体资源等，统一会话控制是网络融合的核心。为更好地实现会话控制层的融合，需考虑以下三点：
（1）SIP协议差异的协调
3GPP IMS呼叫控制使用的SIP来自IETF的SIP协议，但针对移动接入的特点进行了部分增强和舍弃，主要体现在登记、健全和会话策略等方面，为了实现统一的会话控制需要协调这些差别。例如3GPP IMS增加了认证和密钥协商（AKA）鉴权流程，以便符合运动网的鉴权机制。该机制要求终端具有通用集成电路卡（UICC），而目前其他方式接入的终端无法满足该条件。解决办法是允许固定终端通过其他方式进行接入鉴权。另外，由于无线空中接口资源十分有限，3GPP IMS增加了（Sip-Comp）要求，以节省无线资源，带宽资源很充足。所以没有必要压缩SIP消息。
（2）多媒体会话的资源预留
由于IMS最初是为移动用户设计的，所以3GPP规定移动终端可通过分组数据协议（PDP）语境激活来预留传输网络资源。PDP语境是与在移动网络分组域
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