UMTS的IP多媒体子系统

UMTS的IP多媒体子系统

申国勇，万仁福
(重庆重邮信科股份有限公司 重庆)

随着通信技术的发展，多媒体业务将成为新的热点。鉴于互联网的成功经验，由基于IP的网络提供多媒体业务引起了广泛的关注，尤其是在UMTS中为用户提供IP多媒体业务。在3GPP的R5版中，3GPP已经提出了UMTS全IP的网结构。GSM是目前的数字蜂窝通信系统，将来由GSM演进的UMTS的用户数也是相当可观，所以UMTS如何提供IP多媒体业务将极大地影响IP多媒体业务以及相关技术和协议的发展，如IPv6和会话初始协议(SIP)。

本文主要针对的是在UMTS中处理IP多媒体业务的IP多媒体子系统(IMS)。IMS提供两类业务，一类包括多媒体会话的初始化、修改和中止等基本业务以及多方会晤、会晤转移和主叫标识显示等业务；另一类则是指由第三方的业务提供者借助网络而开发的业务，如基于位置的广告(用户经过商店时会收到特定的视频广告)就需要UMTS提供的定位信息。

2 IP多媒体子系统

2．1 IP多媒体子系统概念

IP多媒体子系统是由所有能提供多媒体服务的功能实体组成，包括了与信令和承载相关的功能实体的集合。IP多媒体业务是基于IETF定义的会话控制能力，利用分组交换域和多媒体承载来实现的。

为了实现接人的独立性和支持无线终端与Internet互操作的平滑性，IP多媒体子系统尽量采用与IETF一致的因特网标准。因此，定义的接口跟IETF的因特网标准也是尽可能的一致，例如，采用了IETF的SIP协议。

IP多媒体子系统使运营商能为他们的用户提供基于因特网的应用、服务和协议的多媒体业务。这里并不是要把这些业务变成IP多媒体子系统的标准，而是为了让运营商和第三方的业务提供者来发展这些业务。IP多媒体子系统能集中语音、图像、消息、数据和基于Web的技术来为无线用户服务，并把因特网的发展和无线通信的发展结合起来。

IP多媒体子系统结构如图1所示，包括以下这些功能单元：呼叫会话控制功能(CSCF)、媒体网关控制功能(MGCF)、IP多媒体网关功能(1M-MGW)、多媒体资源功能控制器(MRFC)、多媒体资源功能处理器(MRFP)、签约定位功能(SLF)、出口网关控制功能(BGCF)、应用服务器(AS)以及信令网关功能(SGW)。

2．2 1MS与IPv6

1MS的信令和会话业务均由IP承载。IMS则在IMS域大胆地采用IPv6，这可能也会促使UMTS采用IPv6，IPv6使得IMS的编址也许不同于分组交换(PS)骨干网(也许还在使用IPv4)和电路交换(CS)骨干网，因此面临着如何解决IPv4和IPv6协调工作的问题，同时在IPv6的实践上还缺乏经验。

移动终端使用IP地址接人IP多媒体业务，该IP地址来自IMS编址域。从路由效率来看，移动终端从服务网络而不是归属网络的GPRS网关支持节点(GGSN)获取IP地址也许更好些。

2．3 1MS的呼叫会话控制

CSCF在呼叫会话控制过程中起到重要作用，类似于信令以及MSC的语音呼叫控制部分。当然CSCF不仅仅支持语音呼叫还支持多媒体会话。根据CSCF在网络中说出的位置不同，他所承担的作用也不一样，可以分为以下3种类型：

2．4 1MS与PSTN的灭互

IMS用户也许要向公众电话交换网(PSTN)的用户发起呼叫，那么呼叫如何经过分组交换域(PS)正确到达使用电路交换(CS)的PSTN呢?为此，IMS增加了4个新的功能实体，媒体网关控制功能(MGCF)、IP多媒体网关功能(1M-MGW)、出口网关控制功能(BGCF)以及信令网关功能(SGW)。IM-MGW可以终止来自电路交换网的承载信道和来自分组网的媒体流，同时支持媒体转换、承载控制和负荷处理。MGCF控制IM-MGW中的媒体信道的连接，负责与S-CSCF通信，并提供ISUP协议和IMS呼叫控制协议SIP间的转换。SGW完成传输层的信令转换，把基于SS7的信令与基于IP的信令进行转换。BGCF用于选择与PSTN接口点相连的网络。如果BGCF发现自己所在的网络与接口点相连，那么BGCF就选择一个MGCF，由该MGCF负责与PSTN的交互。

2．5 1MS处理用户签约和状态信息

归属用户服务器(HSS)是用户数据库系统，存放着用户的信息、用户的业务信息、用户的漫游信息等。HSS也用来记录用户的原始计费数据，并提供给分拣系统出账单。在注册和会话建立期间，签约定位功能(SLF)将被I-CSCF查询，SLF向I-CSCF提供存储用户具体数据的HSS的名字。

IMS支持多种应用服务器，包括SIP应用服务器和OSA应用服务器，他们都提供IP多媒体业务。对于OSA应用服务器，用户可以根据标准的API在该服务器上进行增值业务开发，不用了解底层的网络，大大缩短了业务的开发周期。未来的业务将主要采用标准的API来进行开发。对于SIP应用服务器主要是为因特网业务服务，使因特网业务可以直接移植到移动通信网中。

2．6 1MS的多媒体资源功能

IMS的多媒体资源功能分成两部分，包括多媒体资源功能控制器(MRFC)和多媒体资源功能处理器(MRFP)。

多媒体资源功能控制器的主要功能是控制在MRFP中的媒体流资源并相应的对MRFP进行控制。而多媒体资源功能处理器负责提供MRFC需要的资源；混合输入的媒体流(例如：用于多方会晤)；发出多媒体流(例如：用于多媒体广播)；处理多媒体流(例如：语音编码转换、媒体分析)。

3 IMS的会话建立过程

下面以处于外地网络的移动终端建立会话为例，只考虑在单个HSS的环境下，因此并不会涉及到SLF。

在多媒体会话建立之前，移动终端必须实现与归属网络的注册。如果是在外地网络的移动终端通过IMS获得IP多媒体业务的情况，这里用到的是会话发起协议(SIP)，SIP是一种应用级控制协议，用于在IP数据网络上建立、改变和结束多媒体会话。移动终端首先按照UMTS的标准方式(如启动PDP消息)并接人UMTS网络，然后搜索所在外地网络的P-CSCF请求注册。

(1)移动终端向外地网络的P-CSCF发送SIP注册消息，其中包括归属网络的域名等信息。
(2)P-CSCF检查归属网络的域名，找到其与归属网络的接入点(I-CSCF)并向I-CSCF转发注册消息。下面都是在归属网络完成的。
(3)归属网络的I-CSCF查询HSS获得S-CSCF能力信息。
(4)基于需要的S-CSCF能力和可用的S-CSCF，I-
CSCF为移动终端选择合适的S-CSCF，然后转发注册消息给该S-CSCF。
(5)S-CSCF从HSS处获得用户资料，并通过归属网络I-CSCF和外地网络P-CSCF以SIP 2000K消息响应移动终端，注册成功。

4 结 语

本文详细介绍了UMTS中IP多媒体子系统的结构与各个功能模块。IMS的提出顺应了通信网络发展的趋势，在未来的全IP网络中，IMS将会是为重要的部分。IMS的提出还地保护了运营商的利益，他完全兼容GSM和GPRS，使当前的网络能平滑地过渡到UMTS。另外，IMS还提出完全开放的业务构架，这样运营商可以集中精力经营网络，而业务提供商则致力于多媒体业务的开发，将极大地丰富UMTS中的多媒体业务。