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IMS参考点和接口协议

         3GPPIMS是围绕IP多媒体业务设计的业务网络架构,在选取与采用信令/协议方面,3GPP和IETF保持着密切的协作关系。IMS体系的主要参考点都是直接采用IETF已规范化的协议,或者在原有协议基础上进行适应性改进而来。
一、. IMS的主要参考点
IMS主要功能实体之间的连接参考点的定义如下图所示。下面简要介绍IMS体系架构中的主要参考点。
IMS主要功能实体之间的参考点定义
1、Gm参考点:Gm参考点连接UE和IMS,支持UE和CSCF间的信息交互,该参考点上的过程可以分为3类:注册、会话控制和事物处理。Gm参考点采用SIP协议。
2、Mw参考点:Mw参考点支持各CSCF间的信息交互,参考点中的过程也包括注册、会话控制和事物处理等3类。Mw参考点同样采用SIP协议。
3、Cx参考点:Cx参考点支持CSCF和HSS之间的信息交互,其上的主要过程被分为3类:位置管理、用户数据处理和用户认证。接口协议采用Diameter协议。
4、Dx参考点:Dx参考点是CSCF与SLF之间的接口,用于支持1-CSCF和S-CSCF查询SLF时的HSS地址解析过程,Dx参考点总是与Cx参考点结合使用。这个参考点上的协议基于Diameter协议。其功能是通过一个增强的Diameter重定向代理所提供的路由机制来实现的。
5、Mi参考点:灿参考点在CSCF与BGCF之间,支持S-CSCF将会话信令向BGCF转发,以实现与PSTN网络的互通。接口协议采用SIP协议。
6、Mg参考点Mg参考点位于CSCF与MGCF之间,接口协议采用SIP协议。Mg参考点将CS域的边缘功能(MGCF)连接到IMS(也就是1-CSCF),使得MGCF可以将来自CS域的会话信令转发到1-CSCF,以实现与PSTN网络的互通。
7、Mj参考点:Mj参考点位于BGCF与MGCF之间,使用SIP协议。当BGCF通过汕参考点收到一个会话信令的时候,它会选择到CS域的出口。如果出口产生在相同的网络,那么它就会通过的参考点将这个会话转发给MGCF。
8、Mr参考点Mr参考点位于CSCF与MRFC之间,支待S-CSCF和MRFC间的信息交互。当S-CSCF需要激活与承载相关的服务时,它就通过Mr参考点发送SIP信令给MRFC。Mr参考点采用SIP协议。
9、Mp参考点:Mp参考点位于MRFC与MRFP之间,支持MRFC控制MRFP提供的媒体资源能力(例如,为会议媒体创建连接或向用户发送语音通知)。Mp参考点采用的协议与H.248标准完全兼容。
10、Mn参考点:Mn参考点位于MGCF与IMS-MGW之间,MGCF通过该接口对接入与传送平面(即用户平面)资源进行控制。Mn参考点所使用H.248协议。
11、Mm参考点:Mm参考点位于CSCF与其他IP多媒体网络之间,负责接受并处理一个SIP服务器或终端的会话请求。Mm参考点使用SIP协议。
二、IMS中的主要协议
IMS的核心功能实体之间均采用SIP协议作为其呼叫和会话的控制信令,如图11.3
所示,在P-CSCF、1-CSCF、S-CSCF之间,S-CSCF与AS、MRFC、MGCF、BGCF之间,
MCCF与BGCF之间,以及UE与P-CSCF之间均采用SIP协议。除了SIP协议之外,还有很多协议也在IMS中扮演着重要角色,其中Diameter协议被应用于HSS和S-CSCF、1-CSCF之间,作为IMS的AAA协议;COPS协议被用于在策略决策点(PDP)和策略执行点(PEP)之间传输策略;H.248协议则被用于控制媒体网关和媒体资源功能。下面简要介绍这些协议:
IMS主要功能实体间的接口和信令协议
1、SIP协议 更多请参考:https://www.dsliu.com/wenti/sip.html
         IMS中的SIP协议和IETFSIP协议(RFC3261)在基本模式上是重合的,但是移动网中的低带宽、漫游、安全需求、服务质最和计费管制等特定需求,对SIP协议也会产生特殊要求。因此IMS中的SIP协议应用与标准SIP协议在很多地方也不尽相同,这里的SIP协议已经根据3GPP的具体要求进行了扩展,其框架、业务、接口、流程都是基于第三代移动业务演进而来的。下面就SIP协议应用于IMS体系架构的几个热点问题进行简要分析。
(1)IMS应用SIP协议的性能问题
         无线网络环境具有带宽受限、高差错率的信道特征。由于SIP协议采用基于文本的消息格式,消息体字节数较大,这对带宽资源稀缺的无线环境是不合适的。3GPP引入了信令压缩方式(SigComp:RFC3320),在一定程度上改善了这一问题。SIP协议的传输既可采用TCP,也可采用UDP。但由于TCP协议会引入较大的时延,UDP则无法提供重传机制以保证信令传输的可靠性,对高差错性的无线信道都是不合适的。为解决这一问题,也有研究人员建议引入SCTP协议传输SIP。SCTP采用了快速重传、多重流和多重IP地址等机制,既保证了可靠传输,又避免了过大时延。无线传输层协议的性能问题也是目前理论研究的热点之一。
(2)呼叫建立的时延问题
         由于呼叫建立时SIP信令需要在RAN、PS-CN、IMS等多个级别间传递,带来了SIP信令的多个回环时延。加上UE和GGSN之间为进行QoS资源预留协商所引入的PDP上下文激活协商所产生的回环时延,总时延就大到不可忽视的地步。目前,这个问题尚需有效解决。
(3)体系复杂性和终端复杂性问题
         随着对SIP协议的标准化工作的深入,SIP体系的复杂性随着功能的增强而增大,这与SIP协议简洁、扩展性好的要求是不一致的。但如果标准化工作不够明确细致,厂商会按照自身的理解来生产设备并引入兼容性问题。另外复杂的SIP体系结构对于移动终端设计中的功耗、运算能力和存储能力等方面也提出了更高的挑战。
2、Diameter协议(AAA协议)
         传统上,AAA用来指网络的鉴权(Authentication入授权(Authorization)和记账(Accounting)。AAA之所以重要是因为其能够提供网络所需要的接入控制和保护,使网络运营商实现对终端用户业务的收费。IMS采用Diameter协议作为其AAA协议。
         Diameter由远程拨入用户认证服务(RADIUS,RFC2865)演化而来,后者广泛应用于因特网中为众多的用户接入技术提供AAA服务(比如拨号和终端服务器接入环境)。
Diameter包含了一个基本协议(RFC3588)和若干作为补充的Diameter应用,前者用于传递Diameter数据单元、协商能力集、处理错误并提供可扩展性,后者则是将Diameter适用于某一特定环境的定制或扩展方式,并且前者为后者提供了两种基本服务:认证和/或授权以及计费。 IMS中主要使用了Diameter的两种应用,即用于用户会话控制的DiameterSIP应用和提供在线计费功能的Diameter信用控制应用。DiameterSIP应用定义了一个被SIP服务器用来实现用户认证以及对不同SIP资源进行授权的应用,应用于IMS的Cx、Dx、Sh和Dh接口。Diameter信用控制应用用于各种不同业务的实时信用和成本控制,用于Ro接口。
3、COPS协议
         在IMS体系中,COPS(CommonOpenPolicyService,公共开放策略服务,见RFC2748)协议用于在策略决策点(PDP)和策略执行点(PEP)之间传输策略。COPS协议用于策略的总体管理、配置和实施,它为策略服务器与客户端之间交换策略信息而定义了一种简单的查询和响应协议。协议采用客户端/服务器模型,其中PEP向PDP发送请求,PDP相应地将策略决策返回给PEP。IMS利用COPS协议传输与策略相关的信息,但是它并不是只用一个单独的模型,而是使用一种混合的COPS外购和配置(COPS-PR)模型。COPS-PR扩展定义了COPS的策略提供功能,且独立于所提供的策略。COPS-PR中的数据模型基于策略信息库(PIB)概念,后者与简单网络管理协议(SNMP)的管理信息库(MIB)极为相似,用于标识策略提供中的数据。