1.移動網絡的發展--引子
20世紀80年代，商業性移動通信網絡得到發展
第一代移動通信系統：TACS、NMT等模拟系統
第二代移動通信系統：GSM、IS-95、DECT、IS-136等數字系統，目前建設的2G移動網絡使用兩種主要技術，GSM網絡使用TDMA技術，大約占70%，IS-95網絡基于CDMA技術，大約占25%。
1992年開始對3G移動通信系統進行研究：R99、R4、R5、R6、R7、R8、R9……
2G (GSM), 基于電路交換
2.5G (GPRS), 引入分組交換
3G時代的到來
1992年ETSI發起對即将到來的3G移動通信系統進行研究。采用2GHz附近的頻率，支援多種空中接口：
WCDMA——使用2GHz頻譜的寬帶碼分多址接入 EDGE——用于GSM演進的增強資料傳輸速率 CDMA2000（1xRTT）——多載波SCDMA系統，用于在與IS-95相同的頻帶上建設CDMA網絡 TD-SCDMA——由中國提出
支援分組資料業務，采用通用體系結構——UMTS（由3GPP負責制定），已有6個版本: 3GPP R99、R4、R5、R6、R7和R8
具體的：
3G (R99), 引入全新的UTRAN
3G (R4),電路域采用移動軟交換
3G (R5), 引入IMS域
3G (R6),引入WLAN接入
3G (R7), 功能增強：
CSI (Combination of CS and IMS services)：研究如何将CS承載和IMS結合起來為使用者提供統一的業務，CS傳遞實時業務，IMS分組域傳遞非實時業務 VCC (Voice Call Continuity)：解決CS域和IMS之間語音業務切換的連續性問題 SMSIP: 研究如何通過IPCAN來提供短消息/多媒體消息業務 FBI: IMS如何支援固定接入，借鑒TISPAN的研究成果 LCS3: 如何在WLAN接入IMS的系統中提供定位業務 E2EQos: 研究端到端的Qos機制，研究IMS中計費和政策控制架構的合并 EC: 研究通過IMS如何提供緊急呼叫業務
2.IMS與現有通信系統之間的關系
标準化組織在IMS上的協作
3.IMS與軟交換
IMS在3GPPRelease 5版本中提出，是對IP多媒體業務進行控制的網絡核心層邏輯功能實體的總稱。3GPP R5主要定義IMS的核心結構，網元功能、接口和流程等内容：R6版本增加了部分IMS業務特性、IMS與其他網絡的互通規範和無線區域網路（WLAN）接入特性等；R7版本加強了對固定、移動融合的标準化制訂，要求IMS支援數字使用者線（xDSL）、電纜數據機等固定接入方式。
軟交換技術從1998年就開始出現并且已經曆了實驗、商用等多個發展階段，目前已比較成熟。全球範圍早已有多家電信營運商開展了軟交換試驗，發展至今，軟交換技術已經具備了替代電路交換機的能力，并具備一定的寬帶多媒體業務能力。在軟交換技術已發展如此成熟的今天，IMS的出路在何方?又該如何發展和定位呢?首先需要對IMS和軟交換進行較為全面的比較和分析。
如果從采用的基礎技術上看，IMS和軟交換有很大的相似性：都是基于IP分組網；都實作了控制與承載的分離；大部分的協定都是相似或者完全相同的；許多網關裝置和終端裝置甚至是可以通用的。
IMS和軟交換最大的差別在于以下幾個方面。
（1）在軟交換控制與承載分離的基礎上，IMS更進一步的實作了呼叫控制層和業務控制層的分離；
（2）IMS起源于移動通信網絡的應用，是以充分考慮了對移動性的支援，并增加了外置資料庫——歸屬使用者伺服器（HSS），用于使用者鑒權和保護使用者業務觸發規則；
（3）IMS全部采用會話初始協定（SIP）作為呼叫控制和業務控制的信令，而在軟交換中，SIP隻是可用于呼叫控制的多種協定的一種，更多的使用媒體網關協定（MGCP）和H.248協定。
總體來講，IMS和軟交換的差別主要是在網絡構架上。軟交換網絡體系基于主從控制的特點，使得其與具體的接入手段關系密切，而IMS體系由于終端與核心側采用基于IP承載的SIP協定，IP技術與承載媒體無關的特性使得IMS體系可以支援各類接入方式，進而使得IMS的應用範圍從最初始的移動網逐漸擴大到固定領域。此外，由于IMS體系架構可以支援移動性管理并且具有一定的服務品質（QoS）保障機制，是以IMS技術相比于軟交換的優勢還展現在寬帶使用者的漫遊管理和QoS保障方面。
3.IMS的特點和體系結構
1）特點：
采用分層的架構，便于網絡演進和業務部署：接入層、承載層、會話控制層、業務應用層 接入無關性，提供優越的融合特性：核心功能與接入技術無關 基于SIP的會話控制，具備良好的多媒體業務支援能力 采用分布式開放性的體系結構，提供良好的可擴充性：開放的業務控制接口，擁有SIP的靈活和可擴充性 統一的使用者資料管理（HSS） 歸屬網絡服務控制，提供一緻的使用者通信體驗 基于iFC（初始過濾規則）的業務觸發機制，實作呼叫控制和業務邏輯的分離
2）分層體系結構：
3）功能實體簡要歸類
a)會話管理和路由類
服務呼叫會話控制功能S-CSCF 詢問呼叫會話控制功能I-CSCF 代理呼叫會話控制功能S-CSCF
b）資料庫
歸屬使用者伺服器HSS 使用者定位功能SLF
c）網間配合實體
出口網關控制功能BGCF 媒體網關控制功能MGCF IP多媒體媒體網關功能IM-MGW 信令網關SGW
d）服務
應用伺服器AS 媒體資源控制功能 媒體資源處理功能
e）支撐實體
拓撲隐藏功能 THIG 安全網關SEG 政策決策功能
f）計費
4.功能實體詳解
1）應用伺服器
AS位于使用者的歸屬網絡或第三方網絡
負責提供應用邏輯和應用的運作環境 處理和影響從IMS發來的SIP會話 發起SIP請求 發送計費資訊給CCF和OCS
根據提供業務的方式不同，AS分三類
SIP AS：提供基于SIP的多媒體業務，如Presence OSA AS：由第三方提供基于OSA API開發的應用 CSE：提供傳統的智能網業務
2）CSCF——Call Session Control Function
IMS系統中完成呼叫控制功能的核心元件，主要功能：信令路由，會話管理，資源配置設定，安全認證，業務觸發，計費控制。
a）P-CSCF：代理呼叫會話控制功能
IMS系統中使用者的第一個接觸點 ，主要功能：
作為SIP Proxy，在UE和S/I-CSCF間轉發SIP請求和響應信令消息 異常會話釋放/注冊時，充當SIP UA發起SIP事務 檢測緊急會話 向CCF（計費采集功能）提供計費資訊 SIP信令完整性和機密性保護 SIP消息的壓縮和解壓 向S-CSCF訂閱注冊事件包 執行媒體監管 維護會話計時器
b）I-CSCF：問詢呼叫會話控制功能
營運商歸屬網絡中為所有連接配接到該營運商網絡的使用者的連接配接提供的一個聯系點，主要功能：
注冊階段指定S-CSCF 擷取S-CSCF的名字 前轉SIP消息和響應給S-CSCF 向CCF提供計費資訊 拓撲隐藏功能
c）S-CSCF：服務呼叫會話控制功能
IMS的核心所在，位于歸屬網絡，提供注冊和呼叫控制服務，主要功能：
注冊服務功能 基于AKA的認證 從HSS下載下傳使用者資訊和業務資料 消息路由和轉發 會話控制功能 與業務平台互動 E.164号碼與SIP URI之間的轉換 維護會話計時器、執行媒體監管、支援緊急呼叫 向CCF或OCS提供計費資訊
d）HSS：歸屬使用者伺服器
IMS中所有與使用者和業務相關資料的主要存儲器，主要資料包括:使用者身份、注冊資訊、接入參數、業務觸發資訊。
HSS功能包括三部分：
IMS功能 CS域HLR/AUC功能 PS域HLR/AUC功能
e）MRF：媒體資源功能，多用于多方會話
MRFC：媒體資源功能控制器--對IMS域内部的媒體資源進行控制，通過H.248協定維護、控制MRFP中的媒體資源，與S-CSCF互動，間接接受AS的控制，向CCF或OCS提供計費資訊。
MRFP：媒體資源功能處理器--對IMS域内部的媒體資源進行處理，接受MRFC的控制：H.248，完成對媒體流的編解碼、轉換、混合和播放等功能。
f）網關功能
BGCF：外出網關控制功能--負責在IMS與PSTN/CS域互通時候選擇到CS域的出口的位置，即選擇MGCF或BGCF MGCF：媒體網關控制功能--IMS使用者與CS使用者互通的控制網關，控制IMS-MGW中媒體信道的連接配接，選擇CSCF，進行協定轉換：SIP與ISUP，并與SGW互動 IMS-MGW：IMS媒體網關功能--在IMS與CS間提供使用者平面鍊路，在MGCF的控制下，完成媒體協定轉換、回聲消除、轉碼等功能 SGW：信令網關--SIP與SS7之間的轉換，支援SIGTRAN
5.參考點
ISC：S-CSCF與AS平台之間，提供IMS業務控制機制的重要接口，基于SIP協定，傳送AS提供的業務相關的SIP消息。 Cx：CSCF與HSS之間，提供S-CSCF配置設定、路由查詢、認證授權、業務過濾控制等功能，基于Diameter協定。 Gm：UE與P-CSCF之間，基于SIP協定，完成注冊、呼叫控制、事務處理等功能。 Mw：CSCF與CSCF之間，基于SIP協定，完成注冊、呼叫控制、事務處理等功能。 Mg：MGCF與CSCF之間，基于SIP協定，負責将邊緣功能MGCF連接配接到IMS上。 Mr：CSCF與MRFC之間，基于SIP協定，支援S-CSCF與MRFC之間的互動，是IMS域内實作多方會議的通道。 Mp：MRFC與MRFP之間，MRF内部通道，相容H.248/Megaco，支援MRFC對MRFP提供的資源的控制。 Mn：MGCF與IMS-MGW之間，采用H.248，用于控制使用者平面資源。 Mi：CSCF與BGCF之間，基于SIP協定，是IMS域内部與CS域互通的通道。 Mj：BGCF與MGCF之間，基于SIP協定，是IMS内部與CS域互通的通道。 Sh：HSS與AS（SIP AS及OSA AS）之間，基于Diameter協定，完成資料處理、訂購通知。 Si：HSS與CAMEL SE之間，采用MAP協定，傳輸CAMEL訂購關系資訊。
6.IMS的主要協定
主要是SIP，SDP，H.248/Megaco，Diameter。
1）IMS對SIP的擴充
SIP壓縮：SigComp
安全
CSCF路由
網絡發起的呼叫釋放
RFC3455定義了專用于3GPP IMS的SIP頭
P-Charging-Vector
P-Charging-Function-Address
P-Visited-Network-ID
P-Access-Network-Info
P-Associated-URI
2）Diameter協定
Diameter是IETF開發的用于認證、授權和計費（AAA）的協定，基于遠端撥入使用者認證服務（RADIUS）協定建構而成。
Diameter基本協定基于RFC3588，客戶/伺服器協定，傳遞Diameter資料單元、協商能力集、處理錯誤并提供可擴充性，基于TCP或SCTP進行傳輸。
Diameter應用：定義了特定應用的功能和資料單元，有Diameter移動IP應用和Diameter SIP應用，應用于IMS系統。
3）Diameter SIP應用
定義了一個被SIP伺服器用來實作對不同SIP資源進行授權的應用。
應用的接口：
Cx：I/S-CSCF與HSS之間 Dx：SLF與I-CSCF之間 Sh：HSS與SIP AS及OSA AS之間 Dh：SLF與AS之間
指令：
7.IMS辨別
1）IMS使用者辨別：私有使用者身份和公共使用者身份
a）私有使用者身份：
b）公共使用者身份：
IMS網絡中的使用者身份，用于請求與其他使用者進行通信時使用的身份，可以被公布到号碼簿、首頁等上，ISIM中至少要存儲一個公共使用者身份。通過注冊過程在網絡中注冊，網絡不對公共使用者身份進行認證，公共使用者身份的兩種形式：SIP URI sip:[email protected] 、 tel URL tel:+358 50 1234567。
公共使用者身份與私有使用者身份之間的關系：
c）公共業務身份：
公共業務身份，對AS提供的業務進行辨別，由使用者根據需要在AS中建立，使用之前不需要進行注冊。采用SIP URI形式，如辨別消息清單業務的公共業務身份：sip:[email protected]
d）網絡實體辨別：
處理SIP路由的網絡節點通過SIP URI辨別，例子： sip:[email protected]。
2）IMS身份子產品——ISIM
ISIM是位于UICC上的應用，用于存儲由營運商提供的IMS專用資料。
8.IMS的業務控制機制
1）IMS 使用者配置
使用者與營運商确定訂購關系時，由營運商給使用者配置設定IMS使用者配置，永久存儲在HSS中。
2）初始過濾規則
初始過濾規則用來表示業務觸發資訊，描述了S-CSCF何時将到來的SIP消息進一步路由到一個特定的應用伺服器。
初始過濾規則的建立：
初始過濾規則在使用者獲得IMS訂購關系時建立
建立初始過濾規則需要考慮的問題：觸發點是什麼？當觸發點被比對時，正确的AS是什麼？各初始過濾規則的優先級是什麼？如果應用伺服器沒有應答，應該怎麼做？
初始過濾規則的結構：
3）IMS業務提供
IMS本身不是業務，而是基于SIP的控制體系，IMS業務觸發由S-CSCF完成。IMS為業務的提供提供了必要的方法，包含3個步驟：
定義可能的業務或業務集 在使用者注冊時，以初始過濾規則的形式建立使用者特定的業務配置資料 根據業務配置資料中的初始過濾規則将到達S-CSCF的SIP請求轉發給AS
4）AS的選擇與AS的行為
AS的選擇（業務控制）：S-CSCF下載下傳初始過濾規則，注冊階段完成；S-CSCF進行業務控制，選擇AS；存在多個過濾規則時，需要進行多次業務控制。
AS的可能行為：UAC、UAS、Proxy Server、Redirect Server、B2BUA。
9.IMS的典型流程
1）P-CSCF的發現
a）使用DHCP和DNS發現P-CSCF：IP-CAN作為DHCP中繼代理，通過DHCP機制給出P-CSCF的域名或IP位址
b）使用PDP上下文激活信令發現P-CSCF
2）使用者注冊/登出
注冊：特點是歸屬域注冊，注冊前後及注冊期間的資訊存儲：
a）使用者初始注冊：
b）使用者重新整理注冊/登出：
c）隐性注冊
通過一次注冊過程注冊多個公共使用者身份的機制。需先在HSS中定義隐性注冊集，通過訂閱/通知機制，UE可以獲得隐性注冊的公共使用者身份。
d）多個UE共享單個公共使用者身份進行通信
前提：IMS支援多個UE注冊相同的公共使用者身份
多個UE共享單個公共使用者身份的方法：
基于使用者定義的優先級 基于SIP的Forking機制（順序、并行）
3）會話建立
漫遊移動發起端MO：
歸屬移動發起端MO：
漫遊移動終止端MT：
歸屬移動終止端MT：
4）會話建立（S-CSCF到S-CSCF）
a）會話的發起和終止由不同的網絡營運商來服務
b）會話的發起和終止由相同網絡營運商來服務
c）IMS會話建立
d）PSTN->IMS
e）IMS-> PSTN
附：IMS典型網絡互通架構
網絡類型1：演進ISP
提供電話、VoD和标準ISP業務，通過熱點也完成對無線的接入，所有的業務最終都由IMS進行控制。
網絡類型2：傳統電信運作商
其中一部分是軟交換與PSTN互通，其中的應用伺服器可以被其他網絡結構使用。
網絡類型3：3GPP移動網絡
主要是接入方式的不同，GERAN或UTRAN。
網絡類型4：WIMAX
這裡沒有IMS域，它是由一些SIP伺服器等完成相應功能的。
以下是摘自http://blog.ixpub.net/html/96/12690296-146875.html的一篇關于IMS和軟交換的對比，寫的不錯：
由于軟交換并未完全實作業務與控制的分離，是以傳統的基本業務和一些補充業務仍然是通過軟交換來實作（方式一）。但對于更多的增值業務，軟交換還提供了多種方式進行業務提供，如圖 1 所示。
圖 1 軟義換多方式業務提供示意圖
方式二：智能網業務方式。業務邏輯在 SCP 中駐留和運作，軟交換裝置實作業務交換功能（ SSP ）觸發智能業務到智能網 SCP ，與 SCP 配合實作智能網提供的業務。
方式四：第三方應用伺服器方式。由營運商或者第三方服務提供商提供 Parlay 應用伺服器，而營運商提供業務能力網關， Parlay 應用伺服器中的業務邏輯通過業務能力網關間接通路和控制軟交換裝置提供的網絡能力，多用于營運商與第三方合作的業務，也可用于營運商自營業務。
圖 2 IMS 業務架構
（ 1 ）基于 SIP 的應用伺服器 （ SIP AS ）
（ 2 ）基于 OSA 的應用伺服器 （ OSA SCS ）
（ 3 ）基于智能網的業務伺服器 （ IM-SSF ）
現有的移動智能網以及固定智能網都已經提供了豐富的智能網業務，并且有着龐大的使用者群，為了相容已有的網絡資源，實作技術和服務提供的平滑過渡， IMS 需要接入現有的智能網，并且還可以實作将現有智能網的業務延伸到 IMS 使用者。目前通過 IM-SSF 接入現有移動智能網 CAMEL 已經完備。從 CAMEL 角度來看， IM SSF 是智能網的服務交換節點 SSP ，相當于 CAMEL 中業務交換功能 SSF 和呼叫控制功能 CCF 。 IM SSF 在 S-CSCF 和 CAMEL 之間實作 SIP 消息和 CAP 信令的映射。為支援固定智能網， IM-SSF 需要支援 INAP 協定，相關的研究還正在進行中。
從上面的分析可以看出，軟交換和 IMS 都可以實作智能網提供業務和應用伺服器提供業務，并且都可以開放接口給第三方使用，供第三方開發業務。但是由于軟交換與不同的業務平台之間采用的接口不同，而 IMS 則統一采用 ISC 接口，另外對于 IMS ，由于 3GPP ， OMA 等組織形成了大量的基于應用伺服器的業務規範，并可以作為業務引擎，供其他的業務調用。是以 IMS 在業務提供的友善性、靈活性以及擴充性等方面都顯示出了優勢。
軟交換觸發機制有兩類：
（ 1 ）基于智能網的觸發機制
軟交換可作為 SSP ，根據使用者的主叫屬性以及被叫屬性（ DP 點觸發）完成業務觸發，在 SCP 或者應用伺服器的智能業務邏輯控制下實作智能業務。
（ 2 ）基于應用伺服器的觸發機制
根據使用者的 profile 或呼叫相關資訊觸發到應用伺服器。應用伺服器提供标準接口與前端伺服器連接配接 , 接受來自前端伺服器的業務觸發資訊和互動業務處理過程的資訊。業務觸發資訊可能包括鑒權資訊（如主叫号碼、賬号、密碼）、發起方主機 IP 位址、被叫号碼、業務辨別、業務配置資訊。
圖 3 基于軟交換的業務 流程示意：即時消息
圖 4 基于軟交換的業務流程示意：狀态通知
對于基于 IMS 提供的業務，由于目前業務的标準化程度高，特别是 IMSinOMA Enabler 規範的實施，更好的協調了 OMA 與 3GPP/3GPP2 的 IMS 之間的合作關系，目前已經釋出了 Presence ， PoC ， XDMS 等一系列符合 IMSinOMA 架構的規範，成為業界遵循的标準。例如對于即時消息，在 SIP 消息中定義了 Message 消息可以直接用于即時消息的傳遞，具體流程如圖 5 所示：
圖 5 基于 IMS 的業務流程示意：即時消息 （ Page-Mode ）
對于 Presence 業務，則規定了狀态訂閱使用 SIP 的 SUBSCRIBE 消息，狀态更新使用 SIP 的 PUBLISH 消息，狀态更新通知使用 SIP 的 NOTIFY 消息。如果使用者的狀态有更新，則通過 PUBLISH 消息更新自己的狀态資訊到 Presence 伺服器；使用者希望知道好友的狀态，需要首先到 Presence 伺服器訂閱好友的狀态， Presence 伺服器對使用者進行權限檢查，如果好友允許該使用者知道自己的狀态資訊，好友的狀态變化後， Presence 伺服器再把狀态變化資訊通知給使用者。業務流程如下面的圖 6 、 7 所示：
圖 6 基于 IMS 的業務流程示意：釋出狀态 （ Publish ）
圖 7 基于 IMS 的業務流程示意：訂閱 / 通知狀态變化 （ Subscriber/Notify ）
是以從業務流程上可以看出，盡管基于軟交換與基于 IMS 都使用了 SIP 協定，但在使用的信令消息上有一定的差別。另外在具體的信令消息參數上也有所不同