前言
IP多媒体子系统（IMS）最早由3GPP在其标准系列R5中提出，是一个基于PS域提供IP多媒体业务的子系统。IMS系统结构分为业务层、IMS核心层和接入层（见图1），其中业务层由各种应用服务器提供最终用户的业务逻辑；IMS核心层完成多媒体业务的呼叫控制和连接控制功能，提供QoS保障和计费管理；接入层包括xDSL、WLAN、UMTS/CDMA、GPRS等不同类型的接入网络，为用户提供IP接入。
IMS系统中有3种用户状态。
a） 注册状态：用户成功注册，并且网络给用户分配了一个S-CSCF。
b） 注销状态：用户没有进行注册，网络没有给用户分配S-CSCF。
c） 未注册状态：在2种情况下，用户处于未注册状态。
（a） 用户签约了未注册状态业务，当用户为注销状态时，作为一个终止呼叫而进行的注册。此时HSS中会将用户从注销状态改变为未注册状态，同时为用户指配一个S-CSCF，该S-CSCF会从HSS下载用户相关信息。
（b） 用户发起注销时，HSS保留用户注册的S-CSCF名，同时S-CSCF上不清除相关用户信息，HSS和S-CSCF只是将用户状态从注册状态改变为未注册状态。
另外，在IMS系统中，未注册状态业务指与用户注销状态或者未注册状态有关的业务，如呼叫转移类业务等。
1 标准IMS会话流程
3GPP TS24.228定义了呼叫不同用户的会话流程（见图2~4）。本文按照不进行拓扑隐藏的场景进行说明，本方案与是否需要进行拓扑隐藏无关。
图5对图2~4定义的被叫用户为不同状态用户时的会话流程进行了总结，当主叫S-CSCF收到初始Invite请求后，处理过程如图5所示。
2 优化的IMS会话流程
本文中的优化方案是在上述3GPP定义的会话流程的基础上进行一定的扩展，使得在局内会话的情况下，可以有效减少不必要的信令交互，降低设备负荷，节省带宽等网络资源。本文中，IMS局内会话指以下3种情况。
a） 主被叫用户都是registered状态，同时注册在同一个S-CSCF上。
b） 主叫用户为Registered状态，被叫用户为unregistered状态，同时签约了unregistered状态的业务，被叫用户数据保留在主叫用户注册的S-CSCF上。
c） 主叫用户为Registered状态，被叫用户为unregistered状态，并且没有签约unregistered状态的业务，被叫用户数据保留在主叫用户注册的S-CSCF上。
对于前2种局内会话的情形，在3GPP定义的会话流程中，主叫侧S-CSCF收到初始Invite请求后，会根据被叫PUI将请求转发给相应的I-CSCF（图2中步骤24，图3中的步骤34），由I-CSCF向HSS发起用户位置查询-LIR/LIA（图2中步骤26/27，图3中步骤36/37），由于主被叫用户信息保存在同一个S-CSCF上，I-CSCF会根据LIR/LIA查询结果，将Invite请求又转回给主叫S-CSCF（图2中步骤28，图3中步骤39）。对于这2种局内会话的情形，经过一系列Invite消息的处理转发，以及LIR/LIA信令处理之后，Invite请求又回到了主叫侧的S-CSCF，因此这些信令处理过程（图2中步骤24-29，图3中的步骤34-310）是不必要的。同样，对于图2中后续的183、180、200 OK消息（对Invite消息的应答）也没有必要经过I-CSCF。
第3种局内会话的情形，尽管被叫用户没有签约未注册状态的业务，S-CSCF可以设置在用户注销时保留用户的相关数据，而将用户状态更新为未注册状态。在3GPP定义的会话流程中，对于该局内会话的情形，主叫侧S-CSCF收到初始Invite请求后，会根据被叫PUI将请求转发给相应的I-CSCF（图4中步骤44），由I-CSCF向HSS发起用户位置查询-LIR/LIA（图4中的步骤46/47），由于被叫PUI为未注册状态，同时没有签约未注册状态的业务，HSS会在LIA响应中将Experimental-Result-Code设置为DIAMETER_ERROR_IDENTITY_NOT_RE-GISTERED，之后I-CSCF根据LIA响应，向主叫侧S-CSCF返回失败消息，如404消息（图4中步骤48），主叫S-CSCF将该消息转发给主叫侧P-CSCF。而实际上，对于这种局内会话的情形，当主叫侧S-CSCF收到Invite请求后，可以经过查询自身保存的被叫用户数据，得知被叫用户为未注册状态，同时没有签约未注册状态的业务，这样S-CSCF可以直接向P-CSCF返回失败消息，如404消息，而无需再根据被叫PUI来选择I-CSCF，经过I-CSCF向HSS发起LIR/LIA查询后，由I-CSCF返回失败指示消息，即对于第三种局内会话的情形，图4中的步骤44~49是不必要的。
本方案主要是对S-CSCF的会话处理过程进行扩展，以减少局内会话时上述不必要的信令处理，如图6所示。
优化的会话处理流程，优势主要体现在前面讲的3种局内会话的情况。当主叫侧S-CSCF收到初始Invite请求后，主叫侧S-CSCF通过查询自身数据获知其保存了被叫用户信息，进而直接进行相应的处理，如调用合适的业务逻辑，或向P-CSCF返回“not reachable indication”消息等，而减少了不必要的信令交互和处理。
3 相关设备要求
优化后的会话流程，只对S-CSCF会话处理过程进行了一定的扩展，对其他IMS网络设备没有要求，不影响与不支持这种优化会话流程设备间的互通。
S-CSCF扩展要求为：
a） 目的地址分析。S-CSCF收到Invite请求后，首先分析目的地址，判断目的地址是否在该S-CSCF允许注册的域内。
b） 用户数据查询。当S-CSCF判断目的地址在自己允许注册的域内，S-CSCF进一步查询自身是否保存了该目的地址的相关信息（被叫用户为registered或unregistered状态），并根据上述的优化流程进行相应的处理。
c） Invite消息的构建。对于第2种局内会话的情况，当S-CSCF调用被叫用户签约的业务逻辑来建立会话时，在Invite消息中Via头域和Record-Route头域分别添加2条S-CSCF地址；当S-CSCF收到响应消息后，根据响应消息中Via头域中2条S-CSCF地址分别进行被叫侧和主叫侧会话处理。
4 优化流程的优劣性比较
4.1 优势
在IMS发展初期，用户数及业务量比较小，同时IMS设备容量很大，IMS核心设备（如P-CSCF、I-CSCF、S-CSCF、HSS等）只需部署一套或少量几套即可满足需求。在这种情况下，当被叫用户为registered或unregistered状态时，大部分IMS用户到IMS用户的会话将会是局内会话。
在大规模部署IMS阶段，这种优化的会话流程的优势不如初期部署时明显，但由于IMS系统设备容量相比现网MSC有非常大的提高，在网络大规模部署IMS时，也会有一定的业务量是局内会话。
本文中的方案主要是对局内会话的流程进行优化，其优势主要有以下2点。
a） 减少S-CSCF与I-CSCF，I-CSCF与HSS之间不必要的信令交互，降低I-CSCF及HSS处理负荷，节省带宽等网络资源。
b） 通过减少信令交互，可以降低会话处理时延，提升业务质量。
4.2 劣势
对于非局内会话的场景，由于增加了S-CSCF对目的号码进一步分析的过程，可能会加大会话处理时延。但IMS设备作为高性能的IP设备，这种地址分析及数据查询也是基本的功能之一，因此对于非局内会话的情况，不会对时延及业务质量造成明显的影响。
参 考 文 献
1 3GPP TS23.228 v
2 3GPP TS24.228 v
3 3GPP TS24.229 v
4 3GPP TS29.228 v
5 3GPP TS29.229 v
作者：杨艳松 符刚
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