IMS基礎知識及重慶移動CMIMS網絡架構介紹培訓

通信技術專項培訓課程IMS基礎知識及重慶移動CM-IMS網絡架構介紹系統掌握IMS核心概念與重慶移動現網架構實踐Contents課程目錄IMS核心技術與組網實踐全覽01IMS基本概念與發展背景02IMS網絡架構與核心網元03IMS設備接口與協議體系04IMS用戶標識體系05IMS業務提供模式06IMS典型呼叫流程07重慶移動CM-IMS組網方案CHAPTER01IMS基本概念與發展背景理解IMS的定義、設計初衷與通信網絡演進脈絡NextGenerationNetworkIMS的定義與核心內涵IMS（IPMultimediaSubsystem）是3GPP在R5階段引入的標準化通信架構，疊加于PS域之上，旨在基于全IP網絡為移動用戶提供語音、視頻、消息等多媒體業務的統一接入、控制與交付能力，是下一代網絡融合的核心基礎設施。01IP層面：基于IP的傳輸、會話控制和業務實現，擺脫傳統電路交換依賴，實現全網IP化統一承載02Multimedia層面：支持語音、視頻、圖片、文本等多種媒體組合，滿足用戶從單一通話到富媒體通信的升級需求03Subsystem層面：采用標準化子系統架構設計，最大程度重用現有網絡系統，降低部署成本并保障向后兼容通信機房核心網設備實拍EVOLUTIONIMS的發展演進歷程IMS伴隨3GPP標準從R5到R18持續演進，從輔助系統到核心基礎設施的角色躍遷，成為全球運營商IP化轉型的關鍵里程碑。R5/R6·3G3GPP引入IMS架構，疊加在PS域上，為移動用戶提供基于SIP的多媒體會話控制能力R8–R14·4GLTELTE取消CS域，VoLTE依托IMS實現全IP語音，IMS從可選組件升級為核心網必備網元R15–R18·5GSA5GSA架構下IMS與5GC深度融合，支持VoNR和多媒體通信，成為語音與消息業務的控制中樞5G通信基站設施·IMS在5G網絡中的持續演進ArchitectureComparisonIMS與傳統網絡架構對比IMS與傳統通信網絡的本質區別在于其分層式、模塊化的架構設計理念，通過將控制與業務解耦、采用標準化IP接口，解決了傳統網絡功能高度耦合、新業務上線困難、跨網絡互通復雜等核心痛點，為運營商構建靈活可擴展的多媒體業務平臺奠定了基礎。IMS架構特征與傳統網絡對比對比維度IMS架構特征傳統網絡特征架構類型分層式、模塊化通信架構單體式、功能集中平臺核心能力會話控制、用戶鑒權、業務觸發僅負責語音通話交換承載方式基于全IP網絡承載依賴電路交換網絡適用業務語音、視頻、消息等多媒體業務主要限于語音業務部署對象通信核心網與運營級業務系統企業內部交換機設計原則控制與業務分離、標準化接口功能高度耦合、私有接口IMS通過分層解耦和IP化設計，全面超越傳統通信架構在業務靈活性、擴展性和互通性方面的局限ArchitectureIMS分層架構的設計邏輯IMS采用分層架構的核心原因在于通信業務的復雜性——不同功能環節對實時性、穩定性和靈活性的要求差異顯著。通過分層將高耦合系統拆解為低耦合功能域，既降低了系統升級和擴容的風險，又實現了業務創新與底層控制的獨立演進，為運營商快速上線新業務提供了架構保障。解決復雜通信流程一次呼叫涉及接入、注冊、路由、媒體協商、策略判斷、計費等環節，各環節變化頻率與穩定性要求差異顯著分層設計將高耦合大系統拆為低耦合功能域，單一環節調整不會拖垮全網，降低運維和升級風險實現業務與控制解耦傳統網絡中業務與網絡控制深度綁定，新業務上線需改動大量底層邏輯，迭代周期長、風險高IMS將會話控制能力抽出，業務層通過標準接口調用控制能力，新業務開發無需改動底層網絡CHAPTER02IMS網絡架構與核心網元從分層視角解析IMS系統組成及各網元功能定位ArchitectureOverviewIMS系統架構分層總覽IMS系統架構由承載層、控制層、業務層和互通域四大功能層次構成，四層分工明確、接口標準化，共同構成面向多媒體業務的完整網絡體系。承載層（IP-CAN）支持CDMAPS域、WCDMAPS域、WiMAX、WiFi、固定寬帶等多種接入方式無線以PS/GPRS為承載，固定以IP系統為承載，實現全IP統一接入全IP接入控制層與業務層P/I/S-CSCF、SLF/HSS、BGCF等網元完成用戶管理、會話控制與路由SIPAS、OSA-SCS通過ISC接口調用控制層能力，提供增值業務會話控制互通域包含SGW（信令網關）、MGCF/MGW（媒體網關控制/媒體網關）等實體負責IMS域與傳統PSTN、PLMN等電路交換網絡的互聯互通跨網互通IMSCoreNetworkP-CSCF：代理呼叫會話控制功能P-CSCF是用戶終端接入IMS網絡的第一個連接點，承擔安全聯盟建立、QoS策略管理、網絡拓撲隱藏等多重職責。通信網絡接入側基礎設施安全聯盟建立與終端之間建立IPSec安全聯盟，保障SIP信令在接入鏈路上的傳輸安全與完整性QoS管理與策略控制完成承載與控制的綁定，根據SDP協商結果動態打開或關閉QoS資源拓撲隱藏（THIG）隱藏IMS網絡內部拓撲信息，防止外部探測內部網元結構，增強整體安全性PDF功能與SIP頭壓縮基于業務SDP完成授權承載資源管理，同時對SIP消息進行頭壓縮以減少空口開銷IMSCoreNetworkI-CSCF：查詢呼叫會話控制功能I-CSCF是IMS系統對外聯系的入口節點，承擔S-CSCF分配、網絡邊界防護和路由查詢等核心職責。IMS對外聯系入口所有來自外部網絡的SIP請求首先到達I-CSCF，由其進行初步路由判斷和轉發處理。作為IMS網絡的第一道門戶，I-CSCF負責接收所有入站信令流量，確保請求被正確路由至后續網元。SIPEntryPointS-CSCF分配功能通過查詢HSS獲取被叫用戶的S-CSCF能力要求或已分配的S-CSCF地址，為用戶選擇合適服務節點。該功能實現了用戶注冊狀態與業務能力的動態匹配，確保呼叫由最優服務節點處理。HSSQuery&Assignment網絡邊界防護對外屏蔽IMS網絡內部拓撲細節，在漫游場景下作為來訪用戶進入歸屬網絡的統一入口。通過隱藏核心網架構信息，有效防止網絡拓撲泄露，提升整體安全性和抗攻擊能力。TopologyShieldIMSCoreNetworkElementS-CSCF：服務呼叫會話控制功能S-CSCF是IMS架構中最核心的網元，承擔用戶注冊、會話控制、業務觸發與路由決策等關鍵職責。用戶注冊處理用戶注冊請求，將公共身份與S-CSCF地址綁定到HSS，建立用戶在線狀態，維護注冊生命周期管理。HSS綁定在線狀態Registrar會話控制與路由負責會話的建立、維護和釋放，基于SIP路由規則將請求轉發至目標用戶或應用服務器，保障信令路徑正確。SIP協議動態路由SIPRouting業務控制與觸發根據用戶簽約的ServiceProfile判斷觸發條件，通過ISC接口將請求路由到對應AS執行，實現業務邏輯分離。ServiceProfileISC接口ISCInterface與業務層交互作為控制層與業務層的橋梁，在通話中動態調用增值業務邏輯，如來電顯示、呼叫轉移、會議通話等。來電顯示呼叫轉移Value-AddedIMSCoreNetworkHSS與SLF：用戶數據管理HSS是IMS的用戶數據核心，集中存儲簽約數據、業務配置、位置信息和鑒權參數，相當于傳統HLR的全IP升級版。SLF作為HSS的目錄服務，在多HSS部署場景下為網元提供目標HSS定位能力，兩者共同構成IMS的用戶數據管理體系。HomeSubscriberServerHSS（歸屬用戶服務器）01存儲IMS用戶簽約數據、ServiceProfile和鑒權向量，是用戶身份和業務策略的唯一數據源02提供傳統HLR功能，管理CS域簽約數據，支持CS/PS/IMS三域數據的統一管理03響應S-CSCF和I-CSCF的查詢請求，提供用戶當前注冊的S-CSCF地址和業務能力信息唯一數據源SubscriptionLocatorFunctionSLF（簽約定位功能）01在多HSS部署場景下，為需要訪問HSS的網元提供目標HSS地址查詢服務02類似于DNS的目錄服務機制，根據用戶標識定位到具體的HSS實例，支持網絡水平擴展03實現用戶數據的分布式存儲管理，提升系統容量和可靠性，支持大規模用戶場景目錄定位IMSCoreArchitectureMRFC/MRFP與BGCF/MGCFIMS通過MRFC/MRFP實現媒體資源控制與處理的分離，提供放音、會議混音等能力；通過BGCF/MGCF實現IMS域與傳統網絡的互通。媒體資源功能（MRF）01MRFC（媒體資源功能控制器）：接收S-CSCF指令，控制MRFP執行具體的媒體處理操作02MRFP（媒體資源功能處理器）：執行放音、錄音、多方會議混音、DTMF收號等實際媒體流處理SIP控制·RTP處理互通功能組件01BGCF（出口網關控制功能）：在IMS用戶呼叫傳統網絡時，負責選擇合適的MGCF出口節點02MGCF（媒體網關控制功能）：完成SIP與ISUP/BICC信令轉換，控制MGW實現媒體流轉碼與互通PSTN/PLMN互通Chapter03IMS設備接口與協議體系解析IMS網元間接口定義與SIP/Diameter等核心協議PROTOCOLSTACKIMS核心協議棧IMS協議棧以SIP為核心會話控制協議，輔以SDP進行媒體參數協商、RTP/RTCP承載媒體流傳輸、Diameter實現網元間非會話類數據查詢。SIP會話初始協議IMS會話控制的核心協議，負責會話建立、修改和終止，所有CSCF間信令交互均基于SIP。會話控制CORESDP/RTP/RTCPSDP嵌入SIP消息體描述媒體參數，RTP承載實際媒體流，RTCP反饋傳輸質量。媒體承載MEDIADiameter協議用于CSCF與HSS之間的用戶數據查詢和鑒權交互，是傳統SS7MAP協議的IP化替代。數據查詢AUTHISUP/BICCMGCF與傳統PSTN/PLMN互通時使用的電路交換信令協議，實現SIP與傳統信令的雙向轉換。互通網關GATEWAYCHAPTER04IMS用戶標識體系解析IMPI、IMPU等IMS用戶標識及其應用場景IMSIdentityArchitectureIMPI與IMPU：IMS核心用戶標識IMS通過IMPI（私有標識）和IMPU（公有標識）的雙層標識體系實現用戶身份管理。IMPI用于注冊鑒權、不對外暴露，IMPU用于日常通信尋址、可多標識并存。這種分離設計兼顧了安全性和靈活性，支持一用戶多身份、多設備共享同一簽約的復雜業務場景。PrivateIdentityIMPI（私有用戶標識）01由運營商在開戶時分配，格式為NAI（如），存儲于ISIM/USIM卡中02僅在注冊和鑒權過程中使用，不對外暴露，保障用戶身份安全，一個用戶通常只有一個IMPIFORMATNAIPublicIdentityIMPU（公有用戶標識）01支持SIPURI（如sip:）和TELURI（如）兩種格式02用于日常通信中的地址標識和尋址，一個用戶可擁有多個IMPU，多個IMPU可關聯同一個IMPIFORMATSIPURIsipServiceProfile與隱式注冊集IMS用戶標識體系不僅包含IMPI/IMPU，還通過ServiceProfile定義業務觸發規則、通過隱式注冊集實現多身份批量注冊。ServiceProfile中的初始過濾準則（iFC）是業務觸發的核心機制，隱式注冊集則簡化了多IMPU用戶的注冊流程，兩者共同支撐IMS豐富的業務配置和靈活的身份管理。ServiceProfile存儲于HSS中，包含用戶的初始過濾準則（iFC）與業務觸發條件，S-CSCF注冊時下載并據此執行業務路由HSS隱式注冊集當一個IMPU完成注冊后，與之關聯的其他IMPU自動完成注冊，簡化多身份用戶的注冊流程Auto-Register通配PSI用于標識IMS網絡中的公共服務，如會議與消息平臺，而非具體用戶，支持匿名服務場景AnonymousCHAPTER05IMS業務提供模式解析SIPAS、Parlay網關、SCP三種業務提供方式及觸發機制IMSArchitectureIMS三種業務提供方式IMS通過SIPAS、Parlay網關與SCP三種方式并存，保障業務生態豐富性與向后兼容。SIPAS直接提供01最主流的IMS業務模式，SIP應用服務器通過ISC接口與S-CSCF相連02S-CSCF根據iFC規則將SIP請求路由到對應AS，AS執行業務邏輯后返回結果ISC接口Parlay網關與SCP方式01OSA-SCS將IMS網絡能力封裝為標準API，向第三方開發者開放02IM-SSF對接傳統智能網SCP，實現預付費、VPN等業務平滑延續API·SCPIMSCoreMechanismIMS業務觸發機制：iFC工作原理iFC（初始過濾準則）是IMS業務觸發的核心機制，存儲在HSS的用戶ServiceProfile中。S-CSCF根據iFC規則逐條匹配SIP請求的觸發條件，將匹配請求路由到指定AS執行業務邏輯。STEP01iFC規則組成每條規則包含觸發條件（請求類型、SIP頭域匹配模式等）和目標AS地址，存儲于HSS的ServiceProfile中HSS·ServiceProfileSTEP02S-CSCF逐條匹配收到SIP請求后，S-CSCF按優先級順序檢查iFC規則，匹配則將請求轉發至目標ASPriorityMatchSTEP03鏈式業務觸發AS處理完可將請求返回S-CSCF繼續匹配下一條iFC，支持多業務按序執行ChainExecutionExample黑名單過濾→呼叫轉移→通話錄音——多業務按優先級鏈式觸發CHAPTER06IMS典型呼叫流程通過注冊、VoLTE呼叫和VoWiFi切換流程理解信令交互SignalingFlowIMS注冊流程IMS注冊流程是用戶使用所有IMS業務的前提，涉及UE→P-CSCF→I-CSCF→S-CSCF→HSS的多輪信令交互。流程包括首次注冊請求、HSS查詢與S-CSCF分配、鑒權挑戰與響應、注冊確認與ServiceProfile下載四個關鍵階段，確保用戶身份合法性和業務配置就緒。01初始注冊請求UE發送REGISTER到P-CSCF，P-CSCF轉發至I-CSCF，I-CSCF查詢HSS確定S-CSCF分配策略。UE→P-CSCF→I-CSCF02鑒權挑戰與響應S-CSCF從HSS獲取鑒權向量，返回401Challenge；UE計算RES后重新REGISTER完成鑒權。401Challenge03注冊確認與數據同步S-CSCF驗證通過后向HSS寫入注冊狀態，下載ServiceProfile（含iFC規則），返回200OK。200OKIMSSignalingVoLTE語音呼叫建立流程VoLTE呼叫建立是IMS最典型的應用場景，涉及主叫UE→P-CSCF→S-CSCF→AS→I-CSCF→被叫S-CSCF→被叫UE的完整信令鏈路。INVITE發起與路由主叫UE發送INVITE經P-CSCF到達S-CSCF，S-CSCF觸發iFC匹配AS后，路由至被叫側I-CSCF和S-CSCF關鍵信令INVITE振鈴與應答被叫S-CSCF將INVITE送達被叫UE，被叫返回180Ringing振鈴，接聽后返回200OK關鍵信令180Ringing媒體通道建立主叫UE收到200OK后發送ACK確認，雙方通過SDP協商的參數建立RTP媒體通道，通話正式開始關鍵信令ACK+RTPIMSVOICECOVERAGEVoWiFi及VoLTE/VoWiFi切換VoWiFi利用WiFi接入擴展IMS語音覆蓋范圍，彌補LTE信號盲區。兩者共享IMS核心網，無縫切換依賴SRVCC/eSRVCC機制保障通話連續性。VoWiFi工作原理WiFi接入與IMS連接UE通過WiFi接入ePDG，再連接IMS核心網，信令流程與VoLTE一致，僅承載網絡不同。ePDG作為安全網關，建立IPSec隧道保護用戶面和控制面數據。統一簽約與業務配置共享同一IMS簽約數據和業務配置，用戶在WiFi和LTE間使用相同的IMPU進行通信，無需額外開戶或變更套餐，實現真正的無縫體驗。VoLTE/VoWiFi無縫切換測量觸發與網絡決策切換由UE測量上報觸發，網絡側基于信號質量和策略決策是否執行切換。UE持續監測WiFi和LTE信號強度，當滿足門限條件時發起切換請求。SRVCC/eSRVCC保障機制依賴SRVCC/eSRVCC機制實現通話不中斷的跨接入切換，保障用戶通話連續性體驗。eSRVCC通過預建立承載和錨定轉移，將切換時延控制在300ms以內。VoLTEMobilitySRVCC/eSRVCC：語音呼叫連續性SRVCC/eSRVCC是保障VoLTE用戶在LTE覆蓋邊緣不掉話的關鍵技術，實現語音通話從IMS域到傳統CS域的無縫切換。eSRVCC通過引入ATCF/ATGW錨定媒體路徑，將切換時延控制在300ms以內，顯著提升了用戶體驗，是VoLTE商用部署的必備能力。SRVCC基本原理UE上報測量報告→MME決策切換→MSC準備CS資源→S-CSCF通過SCCAS錨定會話→語音流切換至CS域CS域切換eSRVCC增強機制引入ATCF和ATGW錨定媒體路徑，減少遠端媒體更新，切換時延降至300ms以內≤300ms部署必要性LTE覆蓋初期必然存在覆蓋空洞，SRVCC/eSRVCC是保障語音連續性的必備能力，直接影響用戶感知覆蓋連續性CHAPTER07重慶移動CM-IMS組網方案結合實際網絡部署解讀重慶移動IMS架構特點與配置要點NetworkArchitecture中國移動CM-IMS整體組網原則CM-IMS采用集中與屬地兩級部署架構，遵循控制與承載分離原則，統一安全域、IP規劃與QoS規范，確保全網一致性與省級靈活擴展的平衡。集中+屬地兩級架構HSS、ENUM/DNS等全網共享網元集中部署，CSCF、SBC、AS等控制與業務網元按省屬地化部署，兼顧統一管理與地方靈活。兩級部署控制與承載分離信令控制面與媒體承載面獨立組網，支持分別擴容和獨立運維，顯著提升網絡整體的靈活性與可擴展能力。獨立擴容安全域與QoS規范嚴格劃分信令域、媒體域和管理域，IP地址統一規劃，端到端QoS機制保障語音業務優先級與全網服務質量。端到端QoSNETWORKDEPLOYMENT重慶移動CM-IMS組網部署方案重慶移動CM-IMS核心網元部署于兩江和茶園雙數據中心，實現物理級容災保障。SBC部署于網絡邊界負責接入安全，CSCF采用P+I+S合設方式簡化信令路徑，整體容量支持超2000萬IMS注冊用戶。核心網元部署01雙中心容災：核心網元部署于兩江和茶園數據中心，物理位置分離，確保單機房故障時業務不中斷雙數據中心02SBC邊界部署：會話邊界控制器部署于網絡邊界，承擔接入安全防護、NAT穿越和