IMS:相识已久,不说再见

云脑智库 2021-05-08 00:00


在5G大行其道的今天,缘何会重提4G的宠儿——IMS(IP Multimedia Subsystem,IP多媒体子系统)?
牛顿说:“我之所以成功,是因为我站在巨人的肩上”。5G也是个睿智的弄潮儿,他懂得找个巨人,找个肩膀站上去,那就是——IMS。
经历过数年巅峰历练的IMS,究竟是何面目?怎样的蜕变,又使它改头换面,成为了5G这个新晋霸主的得力助手?

早在2004年,3GPP在R5版本中就引入了IMS,将其作为3G核心网的体系架构。


IMS的目标是,使各种类型的终端可以建立起IP连接,通过这个IP连接,终端之间可以相互传递各种信息,包括语音、图片、视频、文件等。可以说,IMS通过IP网络实现了端到端的多媒体业务。


IMS丰富的业务和多种接入方式,如图所示。


IMS系统的终端可以是移动终端,也可以是固定电话终端、多媒体终端、PC机等,接入方式也不限于蜂窝射频接口,可以是无线的WCDMA,或者是有线的LAN、xDSL等技术。所以说,IMS作为一个面向未来的通信架构,对于固定和移动接入方式的融合有着重要的意义。

IMS网络包含诸多网元,如同一个庞大的封建王朝,须各方官员(对应IMS中 网元)各司其职、互相协作,才能保证正常运转。官员多了,为方便管理,于是将其划分为了六部:礼部、户部、吏部、工部、刑部、兵部。

同理,IMS网络中网元多了,就要划分层次,恰也是 层:业务层、运营支撑层、控制层、互通层、接入和承载控制层、接入网络层。

若将IMS看作一个王朝,那么IMS的六部分别是何职责?且看一一道来。

礼部的重要职能是外交,IMS的外交是 开放和多样化的业务。IMS的业务层与控制层完全分离。业务层主要由各种不同的应用服务器组成,除了在IMS网络内实现各种基本业务和补充业务外,还可以将传统的窄带智能网业务接入IMS网络中,并为第三方业务的开发提供标准的开放应用编程接口。

IMS的 经济是计费, 人口则是终端用户。
IMS的运营支撑层主要由归属用户服务器(HSS)、在线计费系统(OCS)、计费网关(CG)等组成,为IMS网络的正常运行提供支撑。

控制层是IMS核心,地位之重要,如同封建王朝统治的根本——吏部。IMS控制层完成IMS多媒体呼叫会话过程中的信令控制功能,包括用户注册、鉴权、会话控制、路由选择、业务触发、承载面QoS、媒体资源控制以及网络互通等功能。

工部负责修筑道路,通达四方。就像IMS的互通层,完成IMS网络与其他网络的互通功能,如连接公共交换电话网(PSTN)、公共陆地移动网(PLMN)、其他IP网络。

接入和承载控制层可比刑部:实现接入控制、QoS控制、用量控制、计费控制等功能,这些控制功能如同刑部,有法可依、有法必依。策略和计费规则功能实体(PCRF)是该层唯一的网元。

接入网络位于IMS的边界,如同驻守边防的兵部,防止肆意侵扰,如:手机由A-SBC(接入会话边界控制器)接入,A-SBC保障网络安全。且,接入网络支持多种接入类型(奉行开放式邦交),如:xDSL/LAN、WiMAX/WiFi。

在IMS王朝的六部中,有几个 关键的职位(也就是网元),他们举足轻重,不得不介绍给各位看官:

户部管的是国家中的人口,IMS中的HSS(归属用户服务器),管的是众人手中的通信设备。HSS存储IMS网络中与用户相关的数据,包括用户身份、鉴权数据、业务数据、接入参数、业务触发信息、漫游信息。

CSCF(呼叫对话控制功能)作为IMS的核心部分,坐镇吏部,官居尚书。
CSCF负责对用户多媒体会话进行处理。根据功能又可划分为:P-CSCF、I-CSCF、S-CSCF。

吏部尚书之职既已被CSCF占据,MRF就只能屈居侍郎了。
MRF主要完成多方呼叫与多媒体会议功能。MRF由MRFC和MRFP构成:
  • MRFC:负责维护、控制MRFP中的媒体资源。实现放音、收发号、多方会议、IVR以及语音编解码转换等功能。
  • MRFP: 在MRFC控制下完成IMS域内部的媒体资源功能。 提供放音收号资源、会议资源。

至此,我们对IMS已有了大致的了解。
时间来到2008年底——4G面世。语音业务仍是4G的主要业务之一。4G语音业务的解决方案是VoLTE(VoLTE:Voice over LTE)。
VoLTE将IMS为己所用:基于 IMS网络提供提供语音服务,使语音服务作为数据流在LTE数据承载网络中传输。

2019年,5G小鲜肉闪亮登场,是否IMS老前辈该隐退江湖了——No!5G后辈崛起,尚显稚嫩,还需磨练,IMS岂可隐退?
除了4G时的VoLTE,5G还推出了EPS Fallback、VoNR(戳 聆听5G的声音!)等语音方案。
随着5G网络的逐渐成熟,5G语音方案会有所变化:
  1. 5G建网初期,5GC(5G核心网)尚未部署、5G基站覆盖不全,此时的语音业务主要采用 VoLTE方案。
  2. 5GC部署完成后,5G 基站覆盖不连续,为避免4G/5G频繁切换,建议采用 EPS Fallback语音方案。
  3. 5G基站连续覆盖后,语音在NR(5G无线网络)上承载,语音采用 VoNR方案,如图所示。
以上三种5G语音方案,均少不了IMS的参与。

历史舞台瞬息万变,IMS也不能一招打遍天下无敌手,那他如何适应新角色?
IMS自诞生起,就具先天的优势:控制与业务分离、控制与承载分离。进入5G时代,EPC忙于向5GC演进(网元拆分、重组等,颇为费劲),而IMS已先天适应了5G的业务需求。

为了实现5G语音解决方案,IMS虽须改动,但改动并不大:
  • 功能方面:终呼接入域选择(T-ADS)时,SCC AS执行的策略需针对双注册场景进行增强。
  • 接口方面: Rx、Sh、Gm/Mw/ISC等需增加接入类型和位置信息等参数; Rf接口则要透传5G计费信息。
    IMS为适应5G做出了改变,可谓识时务者为俊杰。

江山代有才人出,你方唱罢我登场——5G作为未来几年的主角,我们期待它的高光时刻。IMS已准备好,做坚实的后盾!


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