2010 年第 5 期
李建军郎为民焦 巧 2 王逢东 I
(1.解放军通信指挥学院，湖北省武汉市 430010;
2. 武汉职业技术学院，湖北省武汉市 430073)
摘 要 基于 3GPP IMS (IP 多媒体子系统)的网络架构支持固定网络接入需求和未来网
络的各种业务需求，有利于实现未来固定、移动网络在核心业务控制层的共享和融合，并
提供对高层多种业务的支持，这已经成为下一代网络的发展方向。文章首先分析了 IMS
中的会话管理与路由原理，描述了 HSS( 归属用户服务器)的功能，给出了 IMS 中的主要
业务妥素，介绍了 IMS 中的互通元，件，最后给出了 IMS 解决方案。
关键词 IMS (IP 多媒体子系统) ;会话管理; HSS( 归属用户服务器) ;互通元件
在:费远二监夜艳阳1)部11 遇
附 :γI二号
对于 LTE / SAE (长期演进/系统架构演进)来
说， IMS (IP 多媒体子系统)川是首选的业务设备。
IMS 最初是在 Release 5 规范中引人的。在 Release
8 规范中，IMS 与现有网络和业务的互通能力较强，
因而可用于在固定接入网和无线接入网上提供业
务 O 图 l 给出了 IMS 的功能架构。
IMS 是一种位于 IP 连接层之上的叠加业务层，
其中 IP 连接层是由 EPS(演进分组系统)提供的。在
图 l 中，从 UE(用户设备)到 P-GW(分组数据网网
关)的粗线代表从 UE 通过 RAN (无线接入网)和
EPC(分组核心演进)与 IMS 及其他外部网络之间
的 IP 连接 O 信令接口 Gm 和 Ut 运行于该连接上，这
两个接口通常使用 LTE/SAE 中 UE 拥有的缺省承
载。这些业务的要求通过 EPC 建立专用承载，并由
某个互通元件或业务要素对业务数据流进行处理。
II\IS
Ul
EI'('
、
、
无线接入网
用户设备
UE
图 1 IMS 架构原则上，IMS 与 IP 连接层是相互独立的，IMS
具有自己的注册和会话管理流程，但它通过特殊设
计能够运行于 3GPP 定义的接入网上。 IMS 在注册
和控制业务会话时，通常会用到 SIP(会话初始化协
议) 0 SIP 既可用于终端和 IMS 之间 (Gm 接口) ，也
可用于各种 IMS 节点之间 (ISC 、Mw 、Mg 、Mr ，Mi 、
町、Mx 、Mk 和 Mm)o 同时，在 IMS 中，还会用到
Diameter ( Cx 、DX ，Dh 和 Sh 接口)和 等其他
协议。
基金项目:国家自然科学基金资助项目
(60703099)
UE 主要与 CSCF(呼叫会话控制功能)进行通
信，以获取它想使用的业务。此外，有些针对特定业
务的信令可以直接运行于应用服务器上。信令也可
以是由网络发起的，用于中止业务。会话管理和路由
功能是由 CSCF 进行处理的，CSCF 能够控制 IMS
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中 UE 的注册过程。为了实现这种用途，它们可以与
数据库进行通信，以获取适当的信息。 CSCF 也可以
控制 IMS 中 UE 的业务会话，为了达到该目标，它
们需要与一个或多个业务要素进行通信，以了解
所涉及的业务需要何种连接，并通过h 接口与连
接层进行通信，将对应的请求发送给承载资源。最
后，CSCF 需要与→个或多个互通元件进行通信，来
控制网络之间的互连。一旦 UP(用户平面)数据流
经由某个 IMS 元素进行路由时，该过程需要通过
Mb 接口来完成，该接口用于将 IMS 与 IP 网络连接
起来。
大多数 IMS 元素都会参与计费信息采集活动，
这些元素具有会话管理和路由或互通功能。 Rf 和
Ro 是主要的 IMS 计费接口。为简单起见，因 1 并未
给出与计费有关的节点和接口 O
CSCF 是 UE 和 IMS 之间 SIP 信令中的核心元
素，它负责完成 UE 向 IMS 的注册过程，并具有业
务会话管理功能。注册过程中包含身份认证，主要的
认证方法是采用 IMS-AKA (lMS 认证和密钥协商)
协议，但也可以使用诸如 http digest 等其他方法。
CSCF 包含三种不同的功能实体，这些功能实体既
可能存在于一个节点内，也可能存在于多个独立节
点中，这些独立节点通过 Mw 接口相连，且与 UE 相
关的 SIP 信令处理过程涉及到所有这些节点。
a)S-CSCF(服务 CSCF)位于用户本地网络，它
主要负责维护用户的注册和会话状态。在注册时，
也CSCF 通过接口与 HSS(归属用户服务器)建立连
接，来接收订单配置文件(包括认证信息) ，且它能够
对 UE 进行认证。对于业务会话， S-CSCF 通过其他
CSCF 与 UE 进行通信，为了正确地建立业务会话，
它也可以与 AS(应用服务器)或 MRFC(媒体资源功
能控制器)进行交互。在控制互通元件方面， S-CSCF
也发挥了主要作用。为了实现与 CS( 电路交换)网络
的互通， S-CSCF 可能还需要与 MGCF(媒体网关控
制功能)进行交互。为了实现 UE 请求的业务，
S-CSCF 可能也需要与其他多媒体网络进行交互。
b)I-CSCF(查询 CSCF)位于本地网络的边缘，
它可以通过分配一个新 S-CSCF 或准确路由到现有
S-CSCF 处，来查找 UE 的注册状态 O 请求可能来自
于 P-CSCF(代理 CSCF) 、来自于其他多媒体网络、
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也可能通过 MGCF 来自于 CS 网络。同时，I-CSCF
可能也需要与 AS 进行交互来完成业务处理。当 PSI
(公共业务标识)用于识别业务时，I-CSCF 可通过
Ma 接口将请求信息直接准确地路由到相应的 AS。
c)P-CSCF(代理 CSCF)是与 UE 进行交互的最
近的 IMS 节点，它具有与 IP 连接层(即 EPS)控制
相关的所有功能。为了实现这个目标，P-CSCF 包含
有 AF ，从 PCC(策略和计费控制)角度来看，AF 是
一种逻辑元件。关于 PCC ， P-CSCF 通常与 EPS 位于
同一网络中，但 Release 8 标准包含了所谓本地出
口的概念，它允许 P-CSCF 位于本地网络，但要用到
拜访网络中的 PCRF(策略和计费资源功能)。
除了上述二种 CSCF 功能实体外，3GPP 还定义
了第四种功能实体，即 E-CSCF(应急 CSCF)。从字
面上理解，E-CSCF 专门用于处理 IMS 中的紧急呼
叫业务。 E-CSCF 通过 Mw 接口与 P-CSCF 相连，且
这些节点必须位于同一网络中 O 此外，E-CSCF 通过
Mi 接口也可以与 LRF (位置获取功能)建立连接。
L盯能够提供 UE 的位置信息，并将该信息准确地
路由到紧急呼叫业务。为简单起见，图 1 并未画出
E-CSCF 和 L盯两个功能实体。
CSCF 之间可以通过 Mw 接口进行互连，与其
他多媒体网络建立连接则需要借助 Mm 接口 O 不同
运营商网络中 CSCF 之间的互连信息可以通过一个
称为 IBCF(互连边界控制功能)的公共点进行路由。
HSS 是 IMS 使用的主要数据库。 HSS 包含了订
单数据的主拷贝，其使用方法与 IP 连接层相同。根
据来自于 I-CSCF ， S-CSCF 或 AS 的请求，HSS 提供
位置和认证信息。 HSS 与业务要素之间的接口可能
是 Sh 接口，也可能是 Si 接口，主要取决于业务要素
的类型。 Sh 接口通常用于 SIP 或 OSA-SCS(开放业
务结构业务能力服务器)的情况，而当使用基于
CAMEL(移动网增强逻辑的客户化应用)的 AS 时，
选择 Si 接口。
当存在多个可使用的 HSS 时，另一个称为签约
SLF(用户定位功能)的数据库可以用于寻找合适
的 HSS 。
3 业务要素 |
实际的业务逻辑位于 AS 中。不同的业务通常
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是由不同的应用服务器提供的，标准不可能涵盖所
有可能出现的业务。为确保能够及早实现漫游用户
与其他运营商进行互通，并提供用户体盼的连续
性，标准包括了一些主要业务。标准化 AS 的一个实
例是 TAS (电话应用服务器) ，它可用于提供 IMS
VoIP (IP 话音)收务。
MRF(媒体资源功能)可以对业务媒体组件进
行处理，MRF 是由独立的 MRFC 和 MRFP 组成的。
为了实现消息发布、会议协商和代码转换功能， UP
可以通过 MRFP 进行路由。为了实现协调功能，
MRFC 也可能与相关 AS 建立连接。
I
当 IMS 与其他网络(如其他 IMS 网络或 CS 网
络)进行互操作时，需要川到互通元件。下面是标准
互通元件的主要功能:
a) 当 IMS 与 CS( 电路交换)网络进行互通时，
就要用到 BGCF( :lJ口网关控制功能) ，它主要负责
选择互连发生的K域。如果出口流量发生在同一网
络，则 BGCF 可能会选择 MGCF，否则它将请求转
发给另一个网络中的 BGCF。 该互连信息可能通过
IBCF 进行路由。
b) 当运营商之间的互连信息、通过己定义节点
路由时，就要用到 IBCF，它可以隐藏网络内部的拓
扑。 IBCF 可用于 CSCF 或 BGCF 之间的互连，受
TrGW(过渡网关)的控制，TrGW 在用户平面也具有
相同功能。需要注意的是，Release 8 标准并未对
IBCF-TrGW 接口进行详细规定。不同运营商网络中
的 IBCF 和 TrGW 可以分别通过 lci 和 Izi 接口进行
互连，且 IBCF 和 TrGW 都包含有 II-NNI (Inter-IMS
网络到网络接口) 0
c)MGCF 和 IMS-MGW(IMS 媒体网关)是用来
与 CS 网络互连的 CP(控制平面)和 UP(用户平面)
节点，这些 CS 网络包括具有 CS 域的 GERAN
(GSM/EDGE 无线接入网) / UTRAN (UMTS 陆地无
线接入网)、传统 3GPP 网络以及 PSTN(公共交换电
话网) /ISDN (综合业务数字网)等。 MGCF 和
IMS-MGW 支持流入和流出的 IMS VoIP 呼叫，这些
呼叫能够实现不同话音编码方案之间的信令互通和
代码转换。 MGCF 在 CSCF 或 BGCF 的控制下开展
r作。
[5 阳解决方案 I
基于 SIP 的 IMS 使得移动网络业务提供商能
够在 IP 网络上开展音频、视频和多媒体通信业务，
并具有对相关业务和应用(如即时消息、一键通、视
顿会议及其他业务应用)进行控制的能力。图 2 给出
IMS 的基本实现方案，其中主要的构成模块存在于
系统集成和、[~务供应过程中。
在图 2 中， CSCF 主要负责业务和会话控制，它
既是 IMS 控制服务器，也是 SIP 注册机。 CSCF 具有
对 GGSN( 网关 GSN)处的承载分组流(如基于 IP
"盼‘ 1也. 懈号 φ
网络管理
IMS
U 咬吕dt
第三方戚朋服务器
SIP-AS在线1M
客户服务
IP乎每输骨干问
图 2 IMS 解决方案
电f主/
l巾
计费中心
13
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的语音分组流)的控制能力 O 其他 IMS 服务器包括 机遇 O
用于用户移动性管理的 HSS，以及支持基于 SIP 应
用和业务的 AS 。
噩噩噩噩噩噩噩噩
在当前的 GPRS(通用无线分组业务)与 UMTS
(通用移动通信系统)的终端和网络上，引人早期
IMS 的主要优势对于构建端到端的 IP 多媒体业务
短期和中期进程具有不可忽略的影响 O 特别是当向
全 IMS 的无缝演进方案可以实现时，其影响将更
为深远。目前，IMS 用户可以使用移动终端进行安
全认证，也可以通过 WLAN(元线局域网)和蓝牙
技术，在 FMC( 固网移动融合)环境下接入 IMS ，使
得早期 IMS 引入为全 IP 场景中的创新提供了良好
参考文献
l 郎为民 UMTS 中的 LTE:基于 OFDMA 和 SC-FDMA 的
无线接入[MJ.北京:机械工业出版社， 2010.
2 郎为民.未来 UMTS 的体系结构与业务平台:全 IP 的 3G
CDMA 网络 [MJ 北京:机械工业出版社， 2009.
3 郎为民. UMTS/HSDP A 系统的 TCP 性能 [MJ.北京:机
械工业出版社， 2009.
4 郎为民.下一代移动系统 3GIB3G[MJ .北京:机械工业出
版社， 2008.
李建军 (1962一) ，男，副教授，硕士，教研室主
任，研究方向为装备保障、射频识别。
收稿日期: 2010-01-22
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(上接第 6 页)
否满足 TD 二级合路的影响。
以 WCDMA 为例，其最大干扰容限为 -110
dBm，带宽 MHz，假设一级合路 POI 反向插损
为 25 dB(正向插损~ 6 dB) ，则到达 WCDMA 接收
输入端的干扰应为 :-30 dBm /1 MHz + -25
= -50 dBm注 -110dBm o
如以特殊频段的要求达到(一71 dBm / 100 kHz)
来计算，也为 :-71 dBm/100 kHz+1 0lg (3 .68 MHz/
100 kHz)-25=-81 dBmo 这尚需 30dB 隔离。 该指
标应由二级合路平台完成。也就是说，二级合路端口
(一端口为 TD 系统，另一端口为一级合路输入端)
之间至少要有 30 dB 隔离才行。
当大、中城市某些公共热点服务场所(如交通
枢纽，大型商业中心，地下隧道等)需要对各运
营商的 2G/3G 移动通信系统进行集约化建设时，
采用收/发分缆合路并将 TD 系统在二级(上
行)合路的方案是可行的 O 但应同时使合路平台内
各系统间的隔离度达到 80 dB ，还应保证以下指标
要求:
a) 下行合路平台中，DCS1800 和 3G-FDD 的
输出端对 TD 工作频段的隔离度应大于 60 dB 。
b)上行合路平台中，DCS1800 和 3G-FDD 的输
入端口抗 TD 发信的阻塞能力应在 60 dB ，但 TD2
如果上限达到 1920 MHz 时， 3G-FDD 的下限恰巧
从 1920 MHz 开始，因此两者之间应有缓冲频带，建
议 TD2 工作频段上限到 1900 MHz 为止。
c)TD 系统在二级合路，某些带外杂散应对
DCS1800 上行和 3G-FDD 上行有特殊规定 (-70
dBm /100 世1z 以上) ，包括因带外互调造成的杂散
在内。
d)TD 系统在二级合路平台中需保持 50 dB 的
隔离度，才能不影响 3G-FDD 和 DCS1800 上行频段
的杂散、阻塞及兰阶互调的干扰影响。
参考资料
1 苏华鸿，孙市石，等.蜂窝移动通信射频工程(第二版)
[MJ. 北京:人民邮电出版社，2007.
2 孙高石.最大干扰容限和最低隔离度要求→一多系统共
存干扰协调 [JJ. 电信快报，2006(7) :4-7
孙 J需石 (1940一) ，男，技术总监，高级工程师，
1992 年起享受国务院政府特殊津贴，长期从事无线
移动通信研发工作，著有《移动通信工程机{GSM 数
字移动通信工程》、《蜂窝移动通信射频工程》等 O
收稿日期 :2010-03-24
14
电信/
A IX辑rfRI
