IMS信令架构推动未来通信业务发展

互联网协议（IP）多媒体子系统（IMS）是标准的IP通信网络，为无线和固网用户提供网络独立的公用服务发布环境。IMS标准对开放的且独立于供应商的公共信令和媒体接口进行定义，简化基础网络的复杂度。

在可预见的未来，基于IMS的网络将与传统的CS网络如全球移动通信系统（GSM）和公用交换电话网（PSTN）共存。因此，提供信令网关以实现SS7协议（如基于事务处理能力应用部分（TCAP）的协议）和SIP或Diameter协议之间的互通对于IMS来说极其重要。

IMS：未来的发展方向

IMS为无线和有线用户提供一系列多媒体业务，包括语音、视频、影像、文本和数据。基于IMS的无线服务可分为以下三大类：

非实时业务，如富媒体信息和多媒体内容发布 类实时业务，如无线一键通（PoC）和互动游戏 实时业务，如分组交换（PS）音频/视频电话和会议 固定和移动通信网络正在向基于IMS的全IP网络发展。全球领先的网络信令解决方案提供商Ulticom利用水平分层架构解释了IMS网络，将网络分为三大功能层。第一层是承载层，用于传输信令流量和媒体流。该功能层包括交换机、路由器和媒体处理实体（如：媒体网关和媒体服务器）。

第二层是控制层，包括信令网络单元（如：呼叫会话控制功能CSCF、归属地用户服务器HSS、媒体网关控制功能MGCF），利用SIP、Diameter和H.248等信令协议支持公共会话控制、媒体控制和接入控制功能。作为IMS的核心，控制层可有效控制连接到不同类型接入网络的用户设备的通信。

第三层是业务层，包括应用服务器（AS），如：SIP应用服务器、第三方开放业务接入（OSA）应用服务器以及老式业务控制点（SCP）。

由于为不同类型的接入网络和业务提供了水平结构的单核网络，IMS架构比传统的垂直业务架构有明显的优势。采用传统的垂直业务架构，每种类型接入和业务的功能（如会话控制和计费）都是一样的。而IMS架构让网络运营商和服务提供商能相互共享资源，从而节约成本。

IMS的中枢系统是信令网络，它采用了两种关键性信令协议：SIP和Diameter。SIP主要用于多媒体会话设置、维护和撤消，Diameter则用于用户业务的认证、鉴权和计费。

最初的IMS部署包括了非实时业务（如多媒体内容发布）和类实时服务（如PoC）。目前，网络运营商已在2G和2.5G网络进行了大量投资。为了最大化现有网络的利用率，在基于IMS的汇聚型网络中增添新的网络子系统时，他们更倾向于增量方式。为了发挥IMS的优势，他们必须部署网关来支持不同类型的信令和媒体网络间的互连互通。

IMS信令架构

如同传统CS网络的SS7信令网络，基于SIP和Diameter信令网络为会话和业务控制提供了基本的IMS信令功能。IMS信令网元位于控制层和业务层，可分为四大架构组：IMS核心架构、IMS业务提供架构、IMS和CS互通架构、IMS计费架构，每组都有其独特的功能：

IMS核心架构

用于发送SIP信息，控制多媒体会话，访问/存储用户信息。集中在网络控制层，与其它三组互动。IMS核心架构是基于SIP和Diameter的信令网络，包括三种不同类型的SIP代理服务器或呼叫会话控制功能（CSCF）：代理CSCF（P-CSCF）、询问CSCF（I-CSCF）和服务CSCF (S-CSCF)。IMS核心架构还包括两种不同的Diameter服务器：存储用户数据的归属地用户服务器（HSS）和存储HSS地址的签约定位器功能（SLF）。

IMS业务提供架构

提供增强型IMS业务和移动IN业务。位于业务层，与IMS核心架构互动。IMS业务发布网络包括S-CSCF、应用服务器（AS）、媒体资源功能（MRF）和HSS。在此架构中，S-CSCF就是集中会话控制点，AS和MRF则是业务运行点。

IMS主要引导基于归属地网络的服务控制。换句话说，用户的S-CSCF通过运营商的SIP接口（即是IMS业务控制ISC）与业务平台进行互动。

IMS和CS互通架构

支持IMS和CS网络间信令协议的互通。位于网络控制层，与承载层互动。此架构由下列网元组成：

信令网关（SGW），在信息传送部分3（MTP3）和MTP3用户适配层（M3UA）间转换ISDN用户部分（ISUP）协议的传输。

IM媒体网关（IM-MGW），将一种网络的媒体格式转换成另一种网络要求的格式（例如，从基于时分复用（TDM）的格式转换成基于IP的格式。

媒体网关控制功能（MGCF），担任SIP UA的角色，翻译SIP和ISUP之间的信令流。根据所收到的ISUP或SIP信息，MGCF也会使用媒体网关控制协议H.248对一个或多个IM-MGW的媒体转换进行控制。

出口网关控制功能（BGCF），在IMS用户创建会话时确定互连互通的位置。如果在同一网络进行互连互通，BGCF就会选择MGCF；否则，它就会联系互连互通目标网络（运营商）的BGCF。

IMS计费架构

为IMS业务提供脱机和在线计费功能。位于业务层，与控制层和业务层的网元互动。IMS既支持脱机计费（后付费），也支持在线计费（实时预付）业务。此架构在IMS业务层提供了二种应用服务器来支持计费功能，包括用于后付费业务的计费收集/数据功能（Release 5的CCF和Release 6的CDF）以及用于实时预付费服务的在线计费功能（OCF）。计费功能的地址可在IMS网元中本地设定，也可通过SIP信息附带的P-计费-功能-地址倒置获取。

IMS信令网关

由于存在多种需要不同信令网关支持的网络互通情景，通常，要达成以下目的，就必须使用信令网关：

利用IMS-GSM移动网关等网关支持IMS和CS网络间的漫游 使用信令传输协议（SIGTRAN）网关和SIP-短信息（SMS）网关支持IMS和CS的互通 用连接SIP和CAP的网关以及连接SIP和TCAP的网关来利用或重新使用陈旧的移动IN基础架构和数据库 IMS移动网关

使用既可以接收2.5G GSM服务，也可以接收IMS服务的双模手机的用户（使用WLAN网络作为入口）可以在GSM网络和IMS网络间漫游。CDMA设备也可以获取类似服务。事实上，该网关包含SIP-MAP网关功能和MAP-Diameter网关功能。当用户从GSM网络漫游到IMS网络的时候，SIP-MAP网关功能让双模用户可以使用HSS注册，并利用现有的VLR撤消注册。另一方面，用户从IMS网络漫游到GSM网络时，可以使用VLR注册，使用HSS撤消注册。MAP-Diameter网关功能让HLR和HSS能相互询问用户的位置信息。

连接SIP和TCAP的网关

传统的SS7网络部署了SCP来支持基于TCAP的数据库查询应用，如：免费号码、主叫名（CNAM）和本地号码可移植性（LNP）。可以使用现有的SCP提供旧式SS7应用。

S-CSCF会给网关发送一条包含免费号码（TEL URI）的INVITE信息，此号码会经SCP转换成可发送的电话号码。

连接SIP和CAP的网关

为了利用CAMEL基础架构并以合算的价格为IMS用户提供移动IN业务，S-CSCF和SCP之间部署了一个IM-SSF。IM-SSF事实上是为SIP会话控制和CAMEL应用部分（CAP）状态模式提供互通功能的连接SIP和CAP的网关。

用户注册过程中，它经由基于MAP的Si接口从HSS/HLR下载触发点信息，从而提供IM初始呼叫状态模式（IM-BCSM）。在SIP会话生命周期中，IM-SSF维持启动和终止的IM-BCSM，以及执行业务控制。

连接SIP和SMS的网关

SMS用户与IMS用户交换短消息时需要SIP-SMS网关。在此架构中，SIP-SMS网关从SMS中心的角度理解扮演的角色是MSC，而从S-CSCF和HSS/HLR的角度理解则为SIP AS。

IMS-Ready Signalware平台

IMS在无线和固定平台的融合中扮演了一个非常重要的角色。Ulticom公司的IMS-ReadyTM Signalware产品是支持基于IMS的汇聚网的信令网元的领先产品。Ulticom提供了运营商级的、可支持IMS业务的信令中间件平台。

Signalware是经业界证明的运营商级信令应用开发和执行平台，具有高度可用性和扩展性。它提供了丰富的信令协议，以及可靠的系统开发和执行环境。下图介绍了Signalware IMS平台架构；阴影区域的组件均可在Ulticom公司获取。

如架构所示，Signalware支持大量的信令协议，包括：

SIP协议，使Signalware SIP能支持互联网工程任务组（IETF）定义的规格和3GPP定义的专用扩展。 Diameter协议，使Signalware Diameter能支持基于Diameter的协议和不同的Diameter应用。 SS7协议，使Signalware SS7能提供一系列SS7、SS7/IP和SS7/ATM协议。另外，Signalware支持一系列全球标准及所在国家的规范类型。 这些协议同样适用于使用Signalware API的应用。有了这些信令协议和管理环境，IMS-Ready Signalware可支持所有对基于IMS的固定和移动汇聚网极度重要的信令服务器和网关，包括SIP服务器、Diameter服务器、信令网关及其它相关接口。

IMS-Ready Signalware具备以下优势和好处，这对网络设备提供商和运营商部署IMS网络和业务非常重要：

快速的上市时间，可以以更快的速度、更低的成本开发和部署IMS网络和业务，这些网络和业务都配备了Signalware API、应用范例以及Ulticom专业服务。 容错性，确保了系统和业务的高度可用性（99.999%），预防了宕机引发的损失。 扩展性，实现了系统容量的模块化增长以满足不同的应用和部署需求。Signalware支持包含一到四个计算单元的群。 可移植性，用户能通过基于不同操作系统的平台（如Solaris和Linux）接入系统。 网络互操作性，实现了不同网络之间的互连互通（如SS7网络和SIP网络）以及不同协议之间的互连互通（如3GPP SIP和其它SIP规范类型）。 可维护性，促进了运营、管理和维护，降低了网络的拥有成本。Signalware OAM功能包括使用人机语言（MML）、图形用户界面（GUI）和基于简单网络管理协议（SNMP）的远程接入进行的业务提供、事件日志、数据收集和平台管理。