IMS概念和标识

概述

本章首先对IP多媒体子系统(IMS)的注册和会话建立进行一个比较浅显的说明，描述了有关的IMS实体。其目的并不是为了展示成熟的解决方案，而是通过给出一个概述来帮助读者理解在本章中所解释的各种IMS概念。更详细的注册和会话建立流程将在本书后续章节中给出并加以阐释。

在IMS注册之前，用户设备(UE)必须找到它要发送一个REGISTER请求的IMS实体，这个概念被称为代理呼叫会话控制功能(P-CSCF)发现，在3.8节中将对此进行描述。另外，在注册过程之前，UE需要从身份模块中取出用户身份。3.6节介绍了身份模块，而3.5节则对身份进行了介绍。在注册过程中，将分配一个服务CSCF(S-CSCF)(3.9节)，并进行认证和建立相应的安全机制(3.19节)，之后用户配置(3.12节)将被下载到所分配的S-CSCF,会话初始化协议(SIP)压缩也得到初始化(3.16节)，并传递隐性注册的公共用户身份(3.3节)。在多个终端之间共享一个用户身份的概念将在3.7节中进行介绍。

3.10节解释了在用户建立一个会话时，因特网协议(IP)策略控制如何被应用。3.13节展示了如何进行服务提供。3.11节介绍了运营商如何对用户进行计费。3.14节对IMS与电路交换(CS)网络的交互进行了简单的描述。CS和分组交换(PS)单元的同时使用将在3.18节中进行介绍。另外，固定移动网络融合(3.15节)以及IP版本(3.17节)的互连也将在本章中介绍。

注册

注册过程使得UE可以使用IMS服务。在进行IMS注册之前，UE必须获得一个IP连接承载，并且发现IMS系统的入口点P-CSCFo例如，在通用分组无线服务(GPRS)接入中，UE执行GPRS附着过程，并且为SIP信令激活一个分组数据协议(PDP)上下文。第17章给出了PDP上下文的简单介绍，并且在3.8节中解释了P-CSCF发现。本书并不介绍GPRS附着过程(更多信息请参见协议[3GPPTS23.060]).

IMS注册包括两个阶段：图3-1的左侧显示了第一阶段——网络如何向UE注册表示异议(Challenge)；图3-1的右侧展示了第二阶段——UE如何对网络的异议进行响应，并完成注册过程。

图3.1高层的IMS注册流程

首先，UE发送一个SIPREGISTER(SIP注册)请求给已发现的P-CSCF。这个请求包含要注册的身份和归属域名称(问询CSCF或称I-CSCF的地址)。该P-CSCF处理这个REGISTER请求，并使用所提供的归属域名称来解析I-CSCF的IP地址。随后I-CSCF将会联系归属用户服务器(HSS),以便为S-CSCF选择过程来获取所需的S-CSCF能力要求。在S-CSCF选定之后，I-CSCF将REGISTER请求转发给选定的S-CSCF。S-CSCF会发现这个用户没有被授权，因此它向HSS索取认证数据，并且通过一个401未授权响应来对该用户的注册表示异议。其次,UE将计算对这个异议的响应，并且发送另外一个REGISTER请求给P-CSCF。P-CSCF再次找到I-CSCF,并且I-CSCF也将依次找到S-CSCF。最后，S-CSCF检查这个响应，如果这个响应正确，它就从HSS下载用户配置，并且通过一个200OK响应来接受该注册。一旦UE成功被授权，UE就能够发起和接收会话。在注册过程中，UE和P-CSCF会了解到网络中的哪个S-CSCF将要为UE提供服务。

通过周期性的注册更新，UE可以保持其注册处于激活状态，这是UE功能。如果UE没有更新其注册信息，那么在注册定时器超时时，S-CSCF将毫无声息地清除该注册。当UE想要解除在IMS中的注册时,它就简单地发送一个REGISTER请求，该请求中的注册定时器取值为0(过期)。10.5和10.14节对IMS注册和注册解除过程进行了更详细的描述。注册过程前后和注册过程期间的信息存储见表3-1。

表3-1  注册过程前后和注册过程期间的信息存储

一次注册多个用户标识符的机制

sip只允许一次注册一个公共用户身份，因此，如果一个用户有多于一个公共用户身份，那么他必须分别注册每一个公共用户身份。从终端用户的角度来看，这将是让人失望且费时的。显然，在通用移动通信系统(UMTS)中，注册四个公共用户身份所耗费的无线资源将是注册一个公共用户身份情况的四倍。正是出于这些原因，3GPP开发了一种一次注册多个公共用户身份的机制，这个概念称为“隐性注册”。

一个隐性注册集是指通过单条注册请求来注册的一组公共用户身份。当集合内的一个公共用户身份注册后，所有与该隐性注册集合相关联的公共用户身份均同时被注册。同样，当该集合内的一个公共用户身份被注销时，所有已隐性注册的公共用户身份也同时被注销。属于一个隐性注册集合的公共用户身份可能指向不同的服务配置。这些公共用户身份中的一些也可能指向相同的服务配置[3GPPTS23.228]。

为了得到隐性注册的公共用户身份，UE必须发送一条SUBSCRIBE(订阅）请求给S-CSCF,来申请一个注册事件包。当S-CSCF收到这个SUBSCRIBE请求后，它将通过一个NOTIFY(通告）请求返回已被隐性注册的公共用户身份。例如，一个用户有四个公共用户身份，它们分属两个隐性注册集(见图3-2)。第一个集合包含joe.smith@brandnewcar.com和tel:+358501234567,第二个集合包含joe.smith@ims.example.com和tel:+358503334444。当该用户发送一条包含joe.smith@brandnewcar.com身份的REGISTER请求进行注册时，所指派的S-CSCF将执行正常的注册过程。在授权成功后，S-CSCF下载与该隐性注册集合中的公共用户身份相关联的服务配置(服务配置1)。为了获得隐性注册的公共用户身份，Joe的UE必须发送一条SUBSCRIBE请求给S-CSCF。当S-CSCF接收到该SUBSCRIBE请求时，它将在NOTIFY内返回已隐性注册的公共用户身份，即tel:+358501234567。

图3-2   隐形注册集举例

会话的发起

当用户A想要与用户B进行会话时，UE A就生成一个SIP INVITE请求，并且通过Gm参考点将该请求发送给P-CSCFoP-CSCF会对这个请求进行处理，例如，它在将这个请求通过Mw参考点向S-CSCF转发之前，将其解压缩，并且验证呼叫发起用户的身份。S-CSCF继续处理这个请求，执行服务控制，这可以包括与应用服务器(AS)的交互，并且通过SIPINVITE请求中的用户B的身份最终确定用户B的归属运营商的入口点。I-CSCF会通过Mw参考点收到该请求，并且通过Cx参考点来联系HSS,以找到正在为用户B提供服务的S-CSCF=该S-CSCF负责处理这个终结的会话，这可以包括与应用服务器(AS)的交互，并最终通过Mw参考点将这个请求发送给P-CSCF。经过进一步处理(例如压缩和隐私检查)之后，P-CSCF通过Gm参考点将这个SIPINVITE请求发送给UEB。UEB生成一个响应，即183会话进行中。该响应将按照从UEA到UEB的相同路径反向传回UEA(也就是UEB—P-CSCF一S-CSCF一I-CSCF一S-CSCF一P-CSCF一UEA）(见图3-3）。再经过几次往返之后，两个UE都完成了会话建立过程，并且能够开始真正的应用了(例如一个棋类游戏）。在会话建立过程期间，运营商可以控制对媒体业务流所用承载的使用。3.10节解释了这一点是如何实现的。第11章包含了IMS会话发起的更详细的说明。

图3-3高层IMS会话建立流程图

为了让读者能够对本书即将介绍的内容先睹为快，表3-2中给出了SIPINVITE请求的高层内容。表中每行给出了被插入、删除或者修改的信息元素。在本书随后的章节中将介绍每个信息元素的含义。

表3-2  会话建立过程中SIP INVITE请求的高层内容

3.5标识

3.5.1对用户的标识

3.5.1.1私有用户身份

私有用户身份是一个由归属网络运营商定义的具有惟一性的全球身份，可用于在归属网络中从网络的角度惟一地标识用户［3GPPTS23.228］。它并不是标识用户本身，相反地，它标识了用户的订购关系。因此，它主要用于认证的目的，但使用私有用户身份来实现计费和管理目的也是可以的。IMS体系对私有用户身份提出了下列要求［3GPPTS23.228,TS23.003]：

•  私有用户身份采用［RFC2486］所定义的网络接入标识符(NAI)的形式。

•  私有用户身份会被包含在所有从UE发往归属网络的注册请求中。

•  私有用户身份仅在用户的注册期间被认证(包括重新注册和注册解除)。

•  S-CSCF需要从注册中和未注册的终结中获取并存储私有用户身份。

•  私有用户身份不会被用于SIP消息的路由转发。

•  私有用户身份被永久地分配给用户，并安全地存储在IMS身份识别模块(ISIM)应用中。私有用户身份在用户与归属网络间的订购关系存在期间内是有效的。

•  UE无法修改私有用户身份。

•  HSS需要存储私有用户身份。

•  根据运营商的策略，私有用户身份可以作为可选项放入计费记录中。

3.5.1.2公共用户身份

IMS网络中的用户身份被称作公共用户身份，它们是用于请求与其他用户通信时所用的身份。公共身份可以被公布(例如在电话簿中、网页上和名片上）。

正如在本书前面所介绍的，IMS用户能够发起和接收与很多不同网络间的会话请求，例如GSM网络和因特网。为了从CS侧可以访问到，公共用户身份必须遵循电信编号方式(例如+358501234567）。与此类似，请求与因特网客户端通信时，公共用户身份就必须遵循因特网命名规则(例如joe.doe@example.com）。

IMS体系对公共用户身份提出了下列要求［3GPPTS23.228,TS23.003]:

•  公共用户身份采用SIP统一资源标识符(URI）或者电话统一资源定位符(telURL）的格式。

•  ISIM应用中要安全地存储至少一个公共用户身份。

•  UE无法修改公共用户身份。

•  在一个公共用户身份被用于发起IMS会话和与IMS会话无关的过程(例如，MESSAGE,SUBSCRIBE,NOTIFY）之前，公共用户身份需要先被注册。

•  在充当IMS会话终结点之前，公共用户身份应被注册；并且终结的IMS的会话无关过程将被传送到公共用户身份所归属用户的终端UE。这些并不会阻碍未注册的用户使用网络中的服务。

•  通过一个UE请求就可以一次注册多个公共用户身份。进一步的说明参见3.13节。

•  在注册过程中，网络不会对公共用户身份进行认证。

tel URL机制用于用URL的语法来表示传统的E.164号码。telURL在协议［RFC2806］中定义，而SIP URI在协议［RFC3261］和［RFC2396］中介绍。公共用户身份的例子如下所示。对SIP URI和tel URL语法的更详细的解释可以在12.5节和12.6节中找到。

3.5.1.3导出的公共用户身份和私有用户身份

在3.5.1.1节和3.5.1.2节中，我们已经解释了私有用户身份和公共用户身份的概念。我们曾提到过，这些身份都存储在ISIM应用中。当IMS网络部署时，市场上会有大量不能支持ISIM应用的UE,因此开发了一种没有ISIM也可以接入IMS网络的机制。

在这个模型中，私有用户身份、公共用户身份和归属域名称都从国际移动用户标识符(IMSI）中导出。这个机制非常适合具有通用用户身份模块(USIM）应用的UE。

1.私有用户身份

由IMSI导出的私有用户身份是根据下列步骤构建的［3GPP TS 23.003］：

•  私有用户身份的用户部分由IMSI的整串数字所构成。

•  私有用户身份的域部分由IMSI的MCC和MNC值所组成，并且有一个预先定义的域名：IMSI.3gppnetwork.org。这三个部分组合在一起，并且按照下列顺序用圆点隔离：移动网络代码(MNC,一个数字或者多个数字的组合，公共陆地移动网络的惟一标识）、移动国家代码(MCC,移动用户所属国家的惟一标识代码）和预先定义的域名。例如：

使用的IMSI：234150999999999；

其中MCC：234；

MNC：15；

MSIN：0999999999；

私有用户身份就是：

234150999999999@234.15.IMSI.3gppnetwork.org

2.临时公共用户身份

如果没有ISIM应用来保存公共用户身份，就要基于IMSI来导出一个临时公共用户身份。临时公共用户身份采用SIPURI的形式"sip:user@domain”。用户部分和域部分都是使用与私有用户身份类似的方法导出的［3GPPTS23.003］=根据我们前面给出的例子，相应的临时公共用户身份就是：

sip:234150999999999@234.15.IMSI.3gppnetwork.org

IMS体系对临时公共用户身份提出了下列要求［3GPPTS23.228］：

1）对于IMS的非注册过程，强烈推荐设置临时公共用户身份为“被禁止（(arred）”，这样它就无法用于IMS通信。如果临时公共用户身份被设置为“被禁止"，那么就要遵守下列附加要求：

■临时公共用户身份不能显示给用户，并且也不能用于公共场合(例如，显示在名片上）。

■临时公共用户身份只能用于在注册期间获取隐性注册的公共用户身份(隐性注册的公共用户身份的概念请参见3.3节）。

2）在其他SIP消息和随后的注册过程中，隐性注册的公共用户身份将被用于会话处理。

3）在初始注册之后，只有UE使用隐性注册的公共用户身份。

4）只有CSCF和HSS节点可以获得临时公共用户身份。

3.5.1.4公共用户身份和私有用户身份之间的关系

本节给出了一个基本的例子来说明不同的身份之间是如何相互关联的。乔(Joe）为一家汽车销售公司工作，并且使用惟一的一个移动终端，既用于商业上的来往，也用于个人生活的联络。为了处理与工作相关的事务，他有两个公共用户身份：sip:joe.smith@brandnewcar.com和tel:+358501234567。他下班以后，则使用另外两个公共用户身份来管理其个人生活：sip:joe.smith@ims.example.com和tel:+358503334444。通过这两套公共用户身份，他就可以对来话进行完全不同的处理。例如，他能够将工作日下午5点以后或者周末和假日期间与工作相关的来话定向到一个消息系统。

乔的用户数据和与服务相关的数据保存在两套不同的服务配置中。一个服务配置包含他的工作身份相关信息，在需要时从HSS下载到S-CSCF,即当乔注册一个用于工作的公共用户身份时，或者当S-CSCF需要为用于工作的公共用户身份执行未注册服务时。相似地，另外一个服务配置包含他的个人生活的身份信息,在需要时，从HSST载到S-CSCF。服务配置的概念在3.12.1节中进行说明。

图3-4显示了乔的私有用户身份、公共用户身份和服务配置如何被联系在一起。

图3-4用户身份之间的关系

3.5.2服务的标识(公共服务身份）

通过前面对标准的在线状态、消息、会议和组服务能力的介绍可以发现，对于AS所拥有的服务和组，也必须使用标识符来进行识别。用于此目的的身份也可以在服务过程中临时创建。换言之，它们可以由用户根据需要而在AS中创建,并且在使用之前不需要进行注册。普通的公共用户身份不足以适应这种特点，因此版本6引入了一个新的身份类型：公共服务身份。公共服务身份采用SIPURI的形式或者telURL格式：例如，在消息服务中，有一个公共服务身份用于消息列表服务(例如：sip：messaginglistjoe@ims.example.com）,用户将消息发送给它,然后该消息就被消息列表服务器分别发给该消息列表中的各个成员。同样过程也可以用于会议服务(即音频/视频和消息会话），其中所创建的URI是用于会议服务的。

3.5.3网络实体的标识

除了用户之外，处理SIP路由的网络节点也需要使用正确的SIPURI来标识。这些SIPURI用于在SIP消息的消息头字段中标识这些节点，不过，并不需要在域名系统(DNS）中全球公布这些URI［3GPPTS23.228］。一个运营商可以将它的S-CSCF命名如下：