為了讓讀者更多了解IMS網(wǎng)絡(luò)中SIP的工作流程，也為了配合我們的SIP系列講座，所以今天我們專門(mén)做一個(gè)關(guān)于IMS網(wǎng)絡(luò)的介紹。首先說(shuō)明，IMS網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)非常復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，如果討論這個(gè)話題的話，需要耗費(fèi)很多精力，筆者能力有限很難給予讀者一個(gè)非常完整詳細(xì)的IMS網(wǎng)絡(luò)的解釋。所以，我們僅討論和SIP語(yǔ)音呼叫相關(guān)的IMS核心模塊和呼叫流程。網(wǎng)絡(luò)有很多非常專業(yè)的技術(shù)討論，讀者可以參考專門(mén)的資料去學(xué)習(xí)。

　　因此，在本章節(jié)中，我們將重點(diǎn)介紹LTE的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)背景知識(shí)，IMS的核心模塊功能，SIP在IMS的注冊(cè)工作流程，SIP在IMS的幾個(gè)重要參數(shù)介紹，SIP在VoLTE的呼叫流程，Precondition和開(kāi)源IMS平臺(tái)等內(nèi)容。

　　1、首先讓我們介紹一下LTE的基本架構(gòu)和其核心的模塊功能。以下圖例是一個(gè)比較抽象的一個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖。在以下圖例中我們可以看到，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括了幾個(gè)核心的模塊功能，它們是：UE終端，eNodeB設(shè)備，RAN無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)，LTE網(wǎng)絡(luò)，GW（接入IP核心網(wǎng)絡(luò)的gateway）。運(yùn)營(yíng)商的核心網(wǎng)絡(luò)通過(guò)Gateway來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)接。這里，我們可以看到，手機(jī)終端首先啟動(dòng)，然后找到自己的網(wǎng)絡(luò)，接入到LTE網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)GW實(shí)現(xiàn)所有簽權(quán)認(rèn)證，然后可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其他User的呼叫。這里，筆者提醒讀者，當(dāng)我們寫(xiě)這個(gè)章節(jié)時(shí)，所引用的內(nèi)容可能已經(jīng)過(guò)時(shí)，例如現(xiàn)在的5G技術(shù)和其他的傳輸方式。如果讀者有興趣的話，可以參考3GPP的一些標(biāo)準(zhǔn)來(lái)做進(jìn)一步的研究。此組織官方網(wǎng)站可以獲得最新的技術(shù)信息。

　　2、讀者通過(guò)上面圖例可以看到，用戶在接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要經(jīng)過(guò)兩個(gè)核心的模塊，他們是RAN和EPC�，F(xiàn)在讓我們進(jìn)一步了解一下網(wǎng)絡(luò)中的核心內(nèi)容RAN和EPC的功能和執(zhí)行流程。EPC的全稱是Evolved Packet Core，它是LTE的核心要素，負(fù)責(zé)其他主要模塊的功能實(shí)現(xiàn)。

　　以下圖例中介紹了UE如何通過(guò)RAN來(lái)接入到LTE網(wǎng)絡(luò)，然后實(shí)現(xiàn)真正的業(yè)務(wù)支持。

　　讓我們結(jié)合具體的模塊介紹一下UE注冊(cè)LTE網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的幾個(gè)主要步驟：

　　首先UE通過(guò)RAN無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)，連接到MME。MME全稱是Mobility Management Entity，它負(fù)責(zé)控制移動(dòng)和UE的安全訪問(wèn)等控制流程。

　　然后MME查詢HSS服務(wù)器，進(jìn)行簽權(quán)認(rèn)證查詢服務(wù)，獲得用戶相關(guān)信息。HSS負(fù)責(zé)用戶訂閱的相關(guān)權(quán)限和服務(wù)信息。HSS全稱是Home Subscriber Server，主要是支持移動(dòng)管理，呼叫和會(huì)話創(chuàng)建等功能。這里的HSS取決于運(yùn)營(yíng)商的部署配置，一般可能通過(guò)多臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　MME連接到SGW，通過(guò)SGW獲得路由和傳輸IP數(shù)據(jù)的信息。SGW負(fù)責(zé)UE內(nèi)部設(shè)備連接外部的網(wǎng)絡(luò)。

　　RAN網(wǎng)絡(luò)會(huì)提供一個(gè)UE的Bearer 能力支持的控制，通過(guò)PGW實(shí)現(xiàn)IP地址獲取，連接外部的IP網(wǎng)絡(luò)，并且實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)策略控制，計(jì)費(fèi)控制等功能。通過(guò)PGW就可以實(shí)現(xiàn)IP網(wǎng)絡(luò)的連接和IMS核心網(wǎng)絡(luò)的連接。

　　UE用戶可以需要實(shí)現(xiàn)執(zhí)行Default bearer的信令控制流程，信令成功連接以后，開(kāi)始實(shí)行數(shù)據(jù)的服務(wù)功能。要求支持的QCI=5是對(duì)其語(yǔ)音質(zhì)量的規(guī)定，關(guān)于QCI的知識(shí)，我們?cè)谝郧暗腝OS講座中有所介紹，用戶可以參考。Dedicated Bearer實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的控制（連接網(wǎng)絡(luò)），用戶就可以通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)外部網(wǎng)絡(luò)的其他業(yè)務(wù)，例如Skype聊天，連接WebRTC等業(yè)務(wù)。當(dāng)然，用戶是否開(kāi)啟這些服務(wù)，取決于運(yùn)營(yíng)商的服務(wù)類型，一般情況下，運(yùn)營(yíng)商當(dāng)然希望使用自己本身的服務(wù)，可能有的運(yùn)營(yíng)商關(guān)閉了一些服務(wù)。這需要用戶看具體的運(yùn)營(yíng)商場(chǎng)景。

　　這里，讀者要注意，因?yàn)槲覀儧](méi)有涉及非常細(xì)節(jié)的網(wǎng)絡(luò)介紹，可能有的新讀者有一點(diǎn)迷惑，把LTE網(wǎng)絡(luò)和IMS混為一談。事實(shí)上，通過(guò)上面的圖例我們可以看到，PGW連接到IP網(wǎng)絡(luò)以后，從開(kāi)始真正進(jìn)入IMS服務(wù)的場(chǎng)景中。所以，讀者一定要注意HSS和PGW的邊界。

　　3、前面我們介紹來(lái)UE如何實(shí)現(xiàn)LTE網(wǎng)絡(luò)的連接。如果UE要實(shí)現(xiàn)SIP業(yè)務(wù)需求的話，需要經(jīng)過(guò)IMS網(wǎng)絡(luò)。IMS 和傳統(tǒng)其他的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)比較，它提供了更加豐富的功能，并且集成了所有以前傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)功能，例如語(yǔ)音，視頻，游戲，短信和在線服務(wù)，電話會(huì)議等服務(wù)功能，使用一個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)用戶擴(kuò)容，呼叫控制等功能。SIP注冊(cè)呼叫需要經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)核心模塊的處理才能完成正式的注冊(cè)呼叫。

　　我們根據(jù)以上圖例中紅色部分標(biāo)志的模塊，對(duì)這些模塊進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹：

　　4、了解了IMS核心模塊的主要功能后，我們介紹呼叫的第一步-如何實(shí)現(xiàn)注冊(cè)流程。

　　在UE注冊(cè)的流程中，整個(gè)流程大概經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)步驟：

　　以下SIP注冊(cè)示例告訴我們整個(gè)SIP注冊(cè)的基本流程，注冊(cè)流程和我們上面提到的是完全一致的。

　　5、UE用戶成功注冊(cè)以后，UE用戶就可以開(kāi)始呼叫�，F(xiàn)在讓我們看看UE用戶之間通過(guò)IMS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的呼叫流程。

　　兩個(gè)UE通過(guò)IMS呼叫大概經(jīng)過(guò)以下一些步驟（和其他文檔介紹可能有所差別）：

　　最后，目的地運(yùn)營(yíng)商通過(guò)P-CSCF對(duì)被叫UE進(jìn)行呼叫。到此，呼叫流程創(chuàng)建過(guò)程結(jié)束。

　　這里，讀者要注意，在兩個(gè)IMS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通時(shí)，IMS網(wǎng)絡(luò)支持了一個(gè)SBC在邊界節(jié)點(diǎn)，SBC可以對(duì)IMS網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行防火墻設(shè)置和其他的兼容性能力支持。具體的SBC的技術(shù)討論，我們?cè)谝郧暗恼鹿?jié)已經(jīng)進(jìn)行了非常完整的介紹，用戶可以參考。另外，如果需要查詢PCRF模塊時(shí)，可能需要對(duì)其計(jì)費(fèi)和呼叫進(jìn)行控制，這里已忽略此步驟。

　　6、VoLTE（Voice over LTE） 是一種LTE網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)類型。大家都知道，在相對(duì)VoIP開(kāi)放的市場(chǎng)中，如果僅運(yùn)營(yíng)商僅提供一種話費(fèi)低廉的語(yǔ)音呼叫服務(wù)，市場(chǎng)上已經(jīng)有很多話費(fèi)低廉的小型運(yùn)營(yíng)商，運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)很難和一些小運(yùn)營(yíng)商所提供的SIP 中繼進(jìn)行市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。為了留住客戶，增加和客戶粘性，運(yùn)營(yíng)商必須提供語(yǔ)音質(zhì)量更加好的，服務(wù)更加全面的服務(wù)。VoLTE就可以幫助運(yùn)營(yíng)商提供更多的有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品服務(wù)。VoLTE和傳統(tǒng)的其他接入方式相比，可以通過(guò)更多的業(yè)務(wù)功能，提供更多富媒體的支持。具體的功能包括：

　　現(xiàn)在讓我們進(jìn)一步了解一下VoLTE環(huán)境下的SIP呼叫流程中關(guān)于幾個(gè)關(guān)鍵細(xì)節(jié)。

　　和以前我們介紹的SIP INVITE有所區(qū)別，它增加了100rel和precondition。這里，100rel表示PRACK；precondition表示終端設(shè)備所需要的支持能力，它會(huì)保持協(xié)商的網(wǎng)絡(luò)資源為下一步的會(huì)話流程做準(zhǔn)備，如果協(xié)商失敗，則連接失敗。注意，這里的Supported：precondition列出的參數(shù)不一定都是必須使用的，需要使用Required:precondition來(lái)表示必須支持的參數(shù)。再次說(shuō)明，precondition是一個(gè)非常復(fù)雜的討論話題，因?yàn)楸救四芰�和微信篇幅的關(guān)系，只能簡(jiǎn)單介紹基本的幾個(gè)步驟和流程。

　　Precondtion 應(yīng)用是一個(gè)非常必要的過(guò)程，就是為了避免不必要的雙方協(xié)商的資源浪費(fèi)，很多時(shí)候網(wǎng)絡(luò)環(huán)境類似于一個(gè)工作效率非常低下的員工溝通過(guò)程，假設(shè)或想當(dāng)然可以對(duì)方滿足條件，最后發(fā)現(xiàn)承諾的不能實(shí)現(xiàn)。因此，我們必須提前解決兩個(gè)問(wèn)題：如果對(duì)方?jīng)]有準(zhǔn)備好，就不要接受我的要求；如果沒(méi)有準(zhǔn)備好，不要對(duì)對(duì)方發(fā)送任何請(qǐng)求。

　　以下圖例介紹了precondition的協(xié)商過(guò)程包括UE1 發(fā)送INVITE，直到UE2 發(fā)送200 OK的流程。

　　從協(xié)商流程圖中可以簡(jiǎn)單看出，事實(shí)上，整個(gè)predcondition協(xié)商過(guò)程就是一直檢查當(dāng)前狀態(tài)到期望狀態(tài)的過(guò)程。只要滿足了雙方條件，則協(xié)商成功。以下圖例簡(jiǎn)單介紹了QOS協(xié)商的過(guò)程，可能更加有助于讀者理解precondition。

　　具體的流程圖在后續(xù)的部分有詳細(xì)說(shuō)明。在VoLTE業(yè)務(wù)呼叫中，它支持的編碼類型有所不同，VoLTE支持的編碼包括：AMR，AMR-WB和EVS。關(guān)于編碼的具體細(xì)節(jié)，筆者在這里不會(huì)做太多介紹，用戶可以到3GPP官方網(wǎng)站查閱。

　　b=是SDP的一個(gè)拓展，表示bandwidth，具體語(yǔ)法：

　　modifier包括：AR，RS和RR，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，各自分別表示應(yīng)用中RTCP最大支持帶寬，本地帶寬和接收方帶寬。

　　更多細(xì)節(jié)，請(qǐng)參考RFC3556。

　　7、根據(jù)以上的介紹，我們可以大概看出SIP在VoLTE中的呼叫流程，UE1呼叫UE2，發(fā)生INVITE消息，UE2返回183 消息攜帶可支持的編碼。UE1 收到183消息以后，返回到PCRF時(shí)，流程需要查詢PCRF，獲得網(wǎng)絡(luò)資源例如編碼和計(jì)費(fèi)的能力支持。PCFR然后發(fā)送用戶消息到PGW，PGW將設(shè)置QOS，PGW將配合S-CSCF，MME和eNodeB，重新設(shè)置一個(gè)新的bearer QCI=1，QCI=1用來(lái)發(fā)送呼叫媒體。

　　支持能力的協(xié)商流程（可參考上面提到的precondition）大概經(jīng)過(guò)以下五個(gè)步驟：

　　8、大家可以想象一下，目前很多運(yùn)營(yíng)商都提供IMS服務(wù)，每個(gè)IMS網(wǎng)絡(luò)都需要和其他的進(jìn)行連接。如何實(shí)現(xiàn)IP核心網(wǎng)絡(luò)之間的連接是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。

　　GSMA對(duì)IMS連接給出了一個(gè)建議（也不一定非常規(guī)范），通過(guò)peer/IPX的方式實(shí)現(xiàn)IMS之間的連接。更多關(guān)于GSMA官方對(duì)IMS的介紹，讀者可以查閱IR.92獲得更多詳情。

　　9、開(kāi)源一直在通信和互聯(lián)網(wǎng)，甚至于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中都扮演著非常重要的角色。如果大家一談起IMS網(wǎng)絡(luò)的話，一般都是在運(yùn)營(yíng)商的環(huán)境中才能接觸到，這樣的話，如果讀者想了解更多IMS的知識(shí)的話，基本上沒(méi)有其他的途徑。目前，有幾個(gè)比較不錯(cuò)的開(kāi)源平臺(tái)，如果讀者希望了解更多IMS的知識(shí)內(nèi)容，可以自己親自搭建IMS平臺(tái)，通過(guò)測(cè)試來(lái)進(jìn)一步了解IMS技術(shù)：

　　在學(xué)習(xí)開(kāi)源平臺(tái)時(shí)，讀者需要配合3GPP的學(xué)習(xí)資料來(lái)進(jìn)行研究。個(gè)人感覺(jué)，3GPP的學(xué)習(xí)資料和RFC相比相對(duì)比較“凌亂”，很多時(shí)候，一個(gè)TS版本可以有幾百頁(yè)。筆者查閱的TS 23.228，它大概有300多頁(yè)，所以建議先掌握整個(gè)架構(gòu)和基本流程，然后針對(duì)性地學(xué)習(xí)一些模塊，否則讀者會(huì)非常非常迷惑。

　　10、在本章節(jié)中，我們首先介紹了LTE的使用背景，和傳統(tǒng)接入方式相比，LTE的優(yōu)勢(shì)。我們還介紹了LTE網(wǎng)絡(luò)的幾個(gè)核心模塊，IMS的幾個(gè)核心模塊。然后，重點(diǎn)介紹了IMS呼叫的流程。另外，我們還介紹了VoLTE的注冊(cè)方式，Precodntion的協(xié)商方式和VolTE的呼叫流程。為了給讀者一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，我們大概描述了IMS網(wǎng)絡(luò)之間的連接方式和GSMA的建議，最后，我們介紹了三個(gè)開(kāi)源IMS平臺(tái)，以方便讀者去學(xué)習(xí)。筆者希望通過(guò)此章節(jié)的介紹，讀者可以基本掌握IMS網(wǎng)絡(luò)中SIP呼叫的基本流程和應(yīng)該注意的地方。

　　參考資料：

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