移动网优大神VoLTE学习笔记（二）
文/张阳，本文来源于微信公众号：网优小谈（wireless_talk）
IMS域核心网的网元、接口众多，如果单纯从IMS子系统的角度来看，各个网元、功能实体以及接口是如下这样的
如果需要全部掌握了解，需要花费相当的功夫,所以理解这些网元不可能眉毛胡子一把抓，需要循序渐进。这里从IMS域内的协议流程需要涉及的网元入手，逐步进行摸索与理解。
这里主要有5个功能实体Proxy-CSCF、Interrogating-CSCF、Serving-CSCF和Breakout Gateway Control Function、MultimediaResource Function（其中MRF包含两个逻辑网元MultimediaResource Function Controller和Multimedia Resource FunctionProcessor）。
Proxy-CSCF
全称为Proxy-Call Session Control Function，只要是IMS域中涉及的会话流程，不可避免都要与P-CSCF、I-CSCF和S-CSCF这三个网元进行交互。P-CSCF比较好理解，类似一个代理服务器，主要负责接收服务请求并在IMS子网内部中转这些服务请求。如果需要中转到其他的域，则要通过本地出口节点（IBCF）这个网元去实现。P-CSCF不仅转发SIP注册消息，同时转发SIP消息到相应的SIP服务器（S-CSCF）。在转发SIP消息请求与反馈中，P-CSCF需要确保SIP消息中包含了当前UE所处接入网的信息。除此之外，P-CSCF还有一些功能，包括检测处理紧急呼叫请求、产生计费话单、对会话的安全性管控、执行SIP消息的压缩与解压缩、QoS管理、以及对于不同业务优先级的检测与处理。P-CSCF可以分别在拜访地网络以及归属地网络进行设置，当P-CSCF设置在拜访地网络，见下图
这两种设置方式的区别在于，P-CSCF设置在拜访地网络时，需要通过IBCF功能实体与不同域的S-CSCF进行互联，而当P-CSCF设置在归属地网络时，需要通过“发现”机制被UE来确定进行信息交互，详见3GPP 23.228 5.1.1.0。简单的来看，P-CSCF功能实体起到了电信域与IMS域沟通互联的作用，而IBCF则是不同IMS域之间的联络节点。
Interrogating-CSCF
I-CSCF是用户接入IMS子系统的节点，这里容易和IBCF的功能混淆，其实这两个功能实体有类似之处，只不过I-CSCF作为本域接入点，而IBCF往往作为跨域（跨IMS域或者与IMS域与其他IP多媒体网络）的出口或者访问节点，这两个功能上不同的逻辑节点往往可以合设为一个物理节点。除了二者对于所处IMS子系统的逻辑位置的不同，二者还是有很多相似之处。例如I-CSCF在UE注册过程先从HSS获取S-CSCF的地址，然后将该S-CSCF分配给该UE用来SIP注册，之后将SIP请求或者反馈路由到注册的S-CSCF。I-CSCF在某些场景下还起到了地址翻译的作用，当需要进行HSS位置查询时，I-CSCF需要提前将SIP请求里的SIP URI转换成电信URI的格式，如果当某些场合不需要对用户寻址的时候，I-CSCF又可能起到了将电信URI翻译成SIP URI的作用。另外当会话的目的地并不在IMS域内，I-CSCF又可以将请求转发出去，实际起到了IBCF的作用，或者直接回复接入失败。I-CSCF域IBCF皆具有产生计费话单的功能，这为漫游结算提供了支撑。
Serving-CSCF
S-CSCF是IMS子系统中极为重要的功能实体，主要负责会话控制服务。在IMS子系统中，可能存在多个S-CSCF逻辑网元，并且这些逻辑网元有各自不同的功能。S-CSCF可执行如下功能
1、 通过从HSS获取的用户信息完成注册
2、 当UE在注册阶段上报支持GRUU能力，S-CSCF负责为UE分配唯一的P-GRUU，同时在每次重新注册时分配唯一对应的T-GRUU，并将该UE的GRUU分配情况反馈UE（当注册信息改变的时候，例如T-GRUU改变的时候，S-CSCF也需要及时通知用户），这有点类似EPS中MME在每次UE附着时为UE分配的TMSI的流程。
3、 在注册阶段，S-CSCF还应向P-CSCF和/或者UE提供基于公共用户标识的一些诸如用户优先级信息
4、 对于注册后的会话流程进行管理，例如，在获知用户被禁止接入信息后，可以将会话流程拒绝掉。同时，S-CSCF可以具备代理服务器或者用户代理的一些功能，例如中转服务请求或者独立产生、终止SIP流程。
对于主叫会话发起的流程，S-CSCF首先通过呼叫用户的电话号码或者SIP URI获取呼叫用户所在网络的接入点地址，然后将SIP请求转发至该接入点。如果主叫用户和被叫用户均在同一运营商网络下，则将SIP请求转发至该网络下的I-CSCF网元。如果呼叫到PSTN网络或者CS域，则需要将SIP请求转发至BGCF网元。同时，S-CSCF需要确保主叫SIP请求和响应的内容符合IMS子网络通信服务定义。如果INVITE消息里面包含用户优先级设置或者相应的字符串，需要将这些信息同时转发转发。值得注意的一点，如果主叫请求来自于IMS内部的应用服务器，且该主叫请求所表征的用户并没有注册，那么S-CSCF需要先完成相应的注册流程，之后才会将来自应用服务器的这些请求进行相应的转发。
对于被叫会话的流程，S-CSCF需要将SIP请求与响应转发至P-CSCF，如果被叫用户位于PSTN或者电信网络的CS域，S-CSCF需要修改SIP请求信息，并通过BGCF网元将请求或者反馈进行转发。如同对主叫会话流程的管理，在转发SIP请求或者反馈的时候，需要确保SIP消息的格式满足IMS子网络通信服务定义。如果是跨IMS域的请求转发，S-CSCF需要将请求通过IBCF网元进行路由转发。
一如既往，S-CSCF也同样兼具产生计费话单功能。
Breakout Gateway Control Function
Breakout这个英文单词的释义为“突围；中断”，因此也就隐含了两层意思，就是离开IMS域，中转到其他的域，例如PSTN/CS域等。BGCF起到了对被叫用户的识别以及路由。如果被叫用户是本网络的PSTN/CS域用户，BGCF将下一跳路由到本网MGCF，后续由MGCF进行与PSTN/CS域的交互。如果被叫用户是位于其他网络的PSTN/CS域用户，那么BGCF会首先将下一跳路由到其他网络的BGCF。如果被叫用户位于其他的IMS网络，BGCF会将消息路由到该IMS网络的I-CSCF（接入节点）。
Multimedia Resource Function
多媒体资源功能可以被分成多媒体资源功能控制单元（MRFC）和多媒体资源功能处理单元（MRFP）两个逻辑网元，如下图所示
电信网设计的基本架构思想是将控制面与业务面进行分离，例如在LTE核心网中，MME被设计用来进行信令层面的处理，而SGW/PGW则被设计用来对业务层面进行处理。IMS的核心网功能实现也存在类似的思想，就是IMS域的控制面（信令面）与业务面。对于信令的处理可以在以上介绍的网元中实现，如P-CSCF、I-CSCF、S-CSCF、BGCF等，对于媒体业务的处理主要位于应用服务器中（AS），MRF（含MRFC和MRFP）的主要功能是媒体流的处理以及提供相应的媒体资源，例如音频编码转换、媒体业务分析、多媒体放音等等。
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