Chapter 12 UMTS之All-IP網路

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1 Chapter 12 UMTS之All-IP網路
UMTS All IP Networks

2 課程目標 要如何達成? 網際網路（Internet）已經是目前全球最重要的資訊傳輸媒介，若能與提供高速無線資料存取的第三代行動通訊結合，將可提供移動的使用者全球性的資訊擷取，行動網路將會成為提供網際網路服務的尖端技術平台。 本章節描述第三代行動系統 UMTS 之 All-IP 核心網路，說明未來 3G 是如何提供多媒體傳輸等相關服務。章節內容包括 All-IP 核心網路架構、架構中各個網路元件的功能，及其相互之運作以提供服務。

3 章節目錄 All-IP網路架構 All-IP核心網路節點 註冊及通話控制 IP封包傳遞之效率議題 結語 作業

4 All IP Network 的意義 核心網路採用IP網路做為承載網路（bearer network），包括使用者資料與控制信令都以IP封包傳送，故稱為 All-IP 網路。 使用 VoIP 而不再使用傳統電路式交換的架構提供語音電話服務。 Release 4 就加入 MSC server 和 media gateway，取代電路式交換的架構。 Release 5 更提出 All IP core network 的概念， 不論使用者資料或是信令在 core network 都經由 IP 網路傳送。 原本的 SS7 會被 IETF 的標準（如 SIP、 Sigtran）所取代。

5 提供服務所用的通訊協定 (1/2) 以 Internet 上 VoIP 的技術為基礎。
All-IP 網路採用 SIP 做為多媒體議程建立、修改、及結束的信令協定。 議程起始協定（Session Initiation Protocol，SIP）是IETF 所發展之應用層協定，處理語音及其他媒體連結的建立與終止。 利用 SIP 可建立起兩個用戶間的通話連線。 SIP+ 泛指 SIP 延伸出的各種協定。

6 提供服務所用的通訊協定 (2/2) 即時傳輸協定（Real-time Transfer Protocol，RTP）用於封裝及傳送使用者的多媒體資料，並可收集傳送狀況之統計資料。 RTP 是以UDP（User Datagram Protocol）為基礎的傳輸協定。 議程描述協定（Session Description Protocol，SDP）內嵌於 SIP 訊息中，將發送端所希望的媒體串流處理能力及議程相關資訊送至對方。 RTP 所承載的多媒體格式（如G.711 是或H.263）、用於建立媒體串流的IP位址與埠號（port）等許多資訊，提供給對方參考。 G.711 是最常見的語音編碼方式，即是使用於全世界 PSTN 電話語音編碼的方式，經常被稱為 PCM（Pulse-Code Modulation）。 H.263是一種影音（video）的編碼方式。

7 IP Multimedia Subsystem (IMS)
Release 5 另外提出了 IP 多媒體子系統（IP Multimedia Subsystem，IMS） 的概念。 Question：要如何在 All IP 的環境下提供如同 Internet 上的多媒體傳輸服務？ Answer： 新增的 IMS 的架構，讓 VoIP 、影像電話與其他多媒體服務，得以在 UMTS 網路上實現。 新增數個控制的元件（支援 SIP ） 新增與 PSTN 互通的元件 見 節架構圖 IMS 的部份

8 All-IP Network 的優點 行動網路業者藉由使用者存取現有的網際網路應用而獲利。
結合網際網路和行動網路會引進新的服務，進而獲取更多的利益。 網際網路與行動通訊的結合，擁了共通的骨幹，減少資金及維運的成本。 行動通訊在 All-IP 化的發展下，會與網際網路的合作達到最佳化。

9 Section 12.1 All-IP網路架構 All-IP Network Architecture

10 All IP Network 的架構 目前 UMTS All-IP 提出下列兩種不同類型的網路架構：
第一種類型提供以純粹 PS 承載的多媒體及語音服務。在 節介紹。 第二種類型為第一種類型加上 Release 4 CS 部分的語音服務。在 節介紹。 各個新增元件可以用它們在網路上的功能來分類。 在 節介紹分類的方式。 在 12.2 節介紹各個元件。

11 Section 12.1.1 第一種類型的 All-IP 網路架構 Option 1 for All-IP Network

12 第一種類型 純粹以PS 承載多媒體及語音的服務。 主要由圖中標示為 a 到 e 這五個部份所組成：
無線電接取網路（Radio Access Network，RAN） 本籍用戶伺服器（Home Subscriber Server，HSS） GPRS 網路 IP多媒體核心網路子系統（IP Multimedia Core Network subsystem，IM CN subsystem） 應用與服務網路（application and service network） 圖中的虛線代表傳送控制信令的路線，而實線代表傳送使用者多媒體資料的路線。

13 圖 12‑1 UMTS All-IP網路架構 （第一種類型）

14 無線電接取網路（Radio Access Network，RAN）
負責與 UE 間之無線電接取相關功能。 RAN 可以採用 UTRAN （UMTS Terrestrial Radio Access Network）或 GERAN （GSM EDGE Radio Access Network）。 UTRAN基本上和R99版本是相同的。

15 本籍用戶伺服器（Home Subscriber Server，HSS）
包含所有與 3G 用戶相關資訊的資料庫。 和 3G 用戶相關的功能包含了： 儲存IP多媒體（IP Multimedia，IM）使用者資料與控制 IMS 運作以提供 IP 多媒體的服務。 HLR。包括 CS domain 話務與 PS domain 訊務之用戶資訊與相關處理的功能。 認證中心（Authentication Center，AuC） HSS 和 HLR 不同之處在那裡?

16 GPRS 網路 圖中標示為 c 的方塊部份。 提供使用者行動管理（mobility management）及議程管理（session management）的服務。 SGSN 連接到RAN。 GGSN連結到外部的封包數據網路（Packet Data Network，PDN）。 在 UTRAN 及 SGSN 之間的 Iu 介面是以 IP 為基礎的。 SGSN 及 GGSN 分別由 Gr 介面及 Gc 介面連接到HSS。這兩個介面仍是以 MAP 為基礎。

17 服務的建立 Question：要如何在 All IP 的環境下集合各方的力量，快速發展各種新的服務？ Answer：
提供 IMS 的架構，讓各業者都能很快的發展出服務。 提供應用與服務網路這樣的服務發展環境，讓服務提供者不需要懂 UMTS 底層是如何來運作的，就可以透過呼叫 IMS 各元件來達成服務。如此服務提供者就能很快的發展出新的服務。

18 IP 多媒體核心網路子系統 （IP Multimedia Core Network subsystem）
IMS 架構在 GPRS 網路之上，透過 SGSN 和 GGSN 在 3G 核心網路之 PS 部分傳輸。 提供行動用戶即時的多媒體服務，如影片串流服務與網際網路語音服務。 IMS 上最重要的元件為通話狀態控制功能（Call Session Control Function，CSCF） 負責執行 IMS 服務的通話與議程控制。 其他的節點將在後面詳述。

19 應用與服務網路 （Application and Service Network）
獨立於 UMTS 傳輸系統外的服務平台（service platform）。 服務提供者只要遵循 3GPP 的要求，便可各自發展其應用伺服器（Application Server，AS）提供服務給使用者，而無須瞭解 UMTS 傳輸的細節。 服務的控制是在 AS 中運作，提供認證與授權等事宜 。 和控制通話與連線的 CSCF 獨立分開，彼此之間以 SIP+ 連結溝通。

20 提供服務的方法 3GPP定義了三種方法來提供SIP應用服務： 由系統業者自行開發。 第三者的服務提供者提出服務。
在 SIP AS 執行應用程式。 第三者的服務提供者提出服務。 服務提供者先取得對系統業者之網路的控制存取權限，並使用系統業者的資源，在 SIP AS 上執行他們自己的應用程式。 在 OSA 應用伺服器上執行應用程式。 系統業者透過 CAMEL 平台提供給 IM 使用者一些 CAMEL 的服務（例如預付服務）。 在 CSE 上執行，CSCF 透過 IM SSF 與CSE 溝通。

21 名詞介紹 OSA（Open Service Access）的 SCS（Service Capability Server）
見 8.6 節。SCS 提供底層網路的存取功能供 OSA API 使用。 CAMEL（Customized Application Mobile Enhanced Logic） CSE 是 CAMEL Service Environment 的縮寫，表示執行 CAMEL 的工作環境。 IM SSF（IM Service Switching Function）

22 CAMEL CAMEL 以 Intelligent Network (IN) 為基礎。
使用CAMEL Application Part (CAP) 協定。 與 INAP 同為 SS7 的應用層，但多增加一些功能以提供 mobility 相關的服務。 利用 CAMEL，系統業者可定義 GSM 或 UMTS上的服務。 Customized Applications for Mobile networks Enhanced Logic, or CAMEL (ETSI TS ) for short, is a set of standards designed to work on either a GSM core network or UMTS network. They allow an operator to define services over and above standard GSM services/UMTS services. The CAMEL architecture is based on the Intelligent Network (IN) standards, and uses the CAP protocol. Many services can be created using CAMEL, and it is particularly effective in allowing these services to be offered when a subscriber is roaming, like for instance no-prefix dialling (the number the user dials is the same no matter the country where the call is placed) or seamless MMS message access from abroad. CAMEL has been specified in 4 phases. Phases 1 and 2 support adding IN services to a GSM network. CAMEL phase 1 provides basic call control capabilities such as call forwarding and basic VPN. CAMEL phase 2 provides more advanced capabilities (both call control and non-call control related) such as on-line charging (call-control) and USSD control (non-call control). Phases 3 and 4 support adding services to a UMTS network. All 4 phases can be used in either a GSM or a UMTS network. [edit] History 1997 Phase 1 (3GPP Release 96) 1998 Phase 2 (3GPP Release 97 & 98) 1999 Phase 3 (3GPP Release 99 & 4 - GSM and UMTS common spec) (incl. support for SMS MO) 2002 Phase 4 (3GPP Release 5) (incl. support for SMS MT)

23 Section 12.1.2 第二種類型的 All-IP 網路架構 Option 2 for All-IP Network

24 第二種類型 專為支援 R99 CS 的行動終端設備而設計，並且使 R99 CS 和 PS 兩個部分獨立地發展。
PS 的部份由第一種類型的 All-IP 網路來負責。 CS 的部份要提供原本 R99 的電信服務，但改以 IP 網路的型態來傳送語音資料，因此則透過修改 R99 之 CS 架構來達成。 3GPP 將網路端的信令與語音資料分離，將 MSC 切割，成為兩種實體元件： MSC伺服器（Mobile Switching Center Server，MSC Server） CS domain 的媒體閘道器（Media Gateway Function，MGW），CS-MGW

25 第二種類型中的節點 UTRAN 將控制信令送往 MSC 伺服器，MSC伺服器會控制 CS-MGW 的運作。
UTRAN 將使用者語音資料送往 CS-MGW，經由許多 CS-MGW 的繞送，將語音送到 PSTN。 CS-MGW 要負責傳送使用者資料，以及 PS 及 CS 網路（UTRAN及PSTN）之間語音格式的轉換。 GMSC 伺服器（Gateway Mobile Switching Center Server，GMSC Server）是加上閘道器功能的MSC伺服器。

26 圖 12‑2 UMTS All-IP網路架構 （第二種類型）

27 Section 12.1.3 All-IP 網路架構之分解 Decomposition of All-IP Network Architecture

28 All-IP網路的三個階層 以功能區分，All-IP網路架構可以分為三個階層：
應用與服務層（application and service layer） 和圖12-1中的方塊e相同。 網路控制層（network control layer） 負責控制信號傳遞。 連結層（connectivity layer） 提供傳輸機制傳輸任何形式的使用者資訊。

29 圖 12‑3 UMTS All-IP 網路架構的階層

30 網路控制層（1/2） Network control layer 負責控制信號傳遞。 其中的元件包含：
架構二中 CS domain 的 MSC 伺服器 圖 12-1 中方塊 b 的 HSS。 圖 12-1 中方塊 c 的 SGSN 的控制平面及 GGSN 的控制平面。 圖 12-1 中方塊 d 內的 CSCF、MGCF、BGCF 與 T-SGW。

31 網路控制層（2/2） MSC伺服器、CSCF、MGCF 及 BGCF 可作為 3G 通話代理人（call agent），通話代理人可代替 UE 負責 IP 網路上電話線路的建立與控制。 UTRAN 或 GPRS 網路這些承載網路 和 PSTN 之間的信號經由 CSCF、BGCF、MGCF 及 T-SGW 來傳遞。

32 連結層（connectivity layer）
負責使用者資料的傳遞。 其中的元件包含： 架構二中 CS domain 的 CS-MGW。 圖 12-1 中方塊 d 的 HSS。 圖 12-1 中方塊 c 的SGSN的使用者平面及 GGSN 的使用者平面。 圖12-1中方塊 d 中的MRF 及 IM-MGW。 MRF 負責多媒體播放、語音傳輸編譯碼與混音等功能。 使用者資料則藉由 MGW 連接到 PSTN。

33 Section 12.2 All-IP 核心網路節點 Components in the All-IP Core Network

34 網路節點的介紹 以下將描述在網路控制層及連結層中的節點包括： 其餘的網路節點，GGSN 及 SGSN 和 R99 中的功能基本上是相同的。
網路控制層的 CSCF、HSS、BGCF、MGCF、MSC server 及 T-SGW。 連結層的 MGW 及 MRF。 其餘的網路節點，GGSN 及 SGSN 和 R99 中的功能基本上是相同的。

35 Section 12.2.1 通話狀態控制功能 Call Session Control Function，CSCF

36 Call Session Control Function（CSCF）
位於 IMS 中。 CSCF 負責執行 SIP-based 通話與多媒體議程控制。 和 HSS 進行位置資訊的交換，掌控應用層次的註冊。 外部多媒體 IP 網路上的終端機或 VoIP 通話控制伺服器傳來的要求，都是由 CSCF 處理。

37 CSCF 的分類 以 CSCF 所在的位置與所負責的工作做為區分，CSCF 共分為三種：
Interrogating CSCF（I-CSCF） Proxy CSCF（P-CSCF） Serving CSCF（S-CSCF）

38 Originating Home Network Terminating Home Network
Positions of CSCF Originating Home Network Terminating Home Network App. Server App. Server HSS HSS 5 6 3 8 I-CSCF S-CSCF I-CSCF S-CSCF 4 7 9 2 Visited/Home Network Visited/Home Network P-CSCF P-CSCF This is a call originating process. 1 10 GGSN GGSN SGSN SGSN Radio Access Network Radio Access Network Originating Terminating

39 I-CSCF UE 可能會漫遊到其他系統業者的服務範圍，位於客籍網路（visited network）之中。
當有來電尋找受話端 UE 時，本籍網路（home network）會透過 I-CSCF 與客籍網路溝通，I-CSCF 決定如何將電話轉送至 UE。 可以隱藏本籍網路的設置、容量及拓撲。

40 P-CSCF (1/2) UE 在客籍網路中執行 GPRS attach 。
這是屬於承載層（bearer level）的認證。 之後UE 啟動 PDP context activation 建立GPRS 連線，客籍網路會配置一個P-CSCF 給UE。 可以是在 PDP context 中通知 UE 所分配到的 P-CSCF。 可以是建立 PDP context 後，UE 利用類似 DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）的機制得到一個 P-CSCF。

41 P-CSCF (2/2) 取得 P-CSCF 後，UE 才能打電話或是從本籍網路接收對方來電。
P-CSCF 負責將 UE 的要求轉送給本籍網路的 I-CSCF，其角色就是位在客籍網路中代替UE與本籍網路溝通的元件。

42 Proxy-CSCF Discovery Use of DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)
Transfer the P-CSCF address with the PDP Context Activation signaling to the UE GGSN acts as a DHCP Relay Agent 1.Create PDP context bearer ( TS ) 2.UE requests a DHCP server 2a. P-CSCF domain name 2b. IP addresses of DNS servers 3. UE performs a DNS query to retrieve P-CSCF(s) IP addresses During PDP Context Activation signalling 1. UE indicates the request of P-CSCF IP address in PDP context request 2. GGSN gets P-CSCF IP address (internal configure) 3. P-CSCF IP address forwarded to UE

43 S-CSCF UE 是否能透過 IMS 撥打電話或接收電話這樣屬於應用層的服務，還需要進行應用層的註冊取得授權。
通常本籍網路中 S-CSCF 與客籍網路的 P-CSCF 都會透過 I-CSCF 溝通。

44 CSCF 的功能 (1/2) CSCF 會依其角色具備下列某些功能： Address handling（AH）
分析並轉譯位址。 支援位址可攜性及別名位址對應，例如E.164號碼和IP位址之間的對應。 可透過 AH 元件，來處理 IP 位址和電話號碼之間的轉換。 Incoming Call Gateway（ICGW） 藉由和 HSS 通信來執行受話路由（incoming call routing）。 可觸發通話相關服務，例如通話過濾（call filtering）或是話中轉接（call forwarding）。

45 CSCF 的功能 (2/2) CSCF 會依其角色具備下列某些功能： Call Control Function（CCF）
負責通話建立、收集計費資訊及建立通話事件報告。 處理應用層的註冊，對應用與服務層的網路提供 service capabilities features。 檢查UE要求的向外通訊是否被允許。 和MRF互動，提供多方通話。 Serving Profile Database（SPD） 為CSCF中記錄使用者資訊的資料庫。 只能為位在本籍網路中的CSCF與HSS溝通，以接收HSS傳遞的使用者相關資訊。

46 CSCF Roles & Features CSCF Features/Functions P-CSCF I-CSCF S-CSCF
Behaving like Register Forward SIP register to I-CSCF by home domain name. Session Flow Forward SIP messages from UE to SIP server (S-CSCF) as a result of registration procedure. Detect an emergency session and select a S-CSCF to handle emergency sessions. Authorization of bearer resources & QoS management. Proxy server User Agent (abnormal cases) P-CSCF (Proxy) Register Assigning a Serving CSCF to the subscriber. Session Flow Routing a SIP request from another network towards the S-CSCF(Serving Terminating UE) Obtaining the S-CSCF address from HSS I-CSCF (Interrogating) Proxy server User Agent (register reject) Register As a Registrar, store registration info to HSS. Session-related/unrelated Flow S-CSCF performs session control services for the UE. Interaction with Service Platforms. Maintaining a session state as needed by the network operator for support of the services. Registrar Proxy Server User Agent S-CSCF (Serving)

47 Section 12.2.2 本籍用戶伺服器 Home Subscriber Server，HSS

48 HSS HSS 保存著使用者資訊的列表，其中包含每個使用者的個人資料、選購的服務、電話號碼與位址資訊。
HSS 提供 PS 和 CS 部分所需要的 HLR/AuC 功能，也提供 IMS 處理通話所需的 IM 功能。

49 HSS 提供的功能 (1/2) MAP Termination Addressing Protocol Termination
HSS 提供 HLR 原本就有的功能，儲存行動管理資訊，以及行動終端設備跨系統之位置資訊。 HSS 和 R99 中的 HLR 不同的地方是，這些與 HSS 連接的介面是以 IP 網路來傳送控制信令。 Addressing Protocol Termination HSS 提供網域名稱伺服器（Domain Name Server，DNS）功能以及類似於 DNS 查詢的功能用來查詢使用者所在的 IP 位址。

50 HSS 提供的功能 (2/2) Authentication and Authorization Protocol Termination
HSS 負責產生、儲存和管理在 IMS 中使用的安全性資料與政策。 CSCF 與 UE 內的安全參數都是由 HSS 送到CSCF，使得 CSCF 和 UE 能夠安全地通訊。 HSS 儲存 All-IP 網路的服務資料與 UE 的服務移動性或和 S-CSCF 相關的資訊，同時也提供 UE 的服務參數（例如：追加的服務參數、應用伺服器位址）給 S-CSCF。 HSS 使用 DIAMETER 和 CSCF 通信。

51 Section 12.2.3 其他網路節點 Other Network Components

52 Media Resource Function（MRF）
屬於連結層的元件。 MRF 具有執行多方通話等功能。 MRF 會和 S-CSCF 溝通，做多方通話或多媒體議程的服務確認。

53 Media Gateway Function（MGW）
MGW 遵詢 MGCF、MSC 伺服器與 GMSC 伺服器的命令，進行資源控制。 H.248 是讓 MSC 伺服器控制 MGW 的通訊協定。 包括 CS-MGW 及 IM-MGW

54 MSC Server MSC Server/GMSC Server 控制 CS-MGW 以處理一些和 CS domain 服務相關之控制層功能，包含了 UMTS R99 MSC（或GMSC）中的通話控制及行動控制部分。 GMSC 伺服器在通話建立時，使用 ISUP 協定和 MSC 伺服器溝通。

55 Media Gateway Control Function（MGCF）
MGCF 是 IM-MGW 的控制器，控制 IM-MGW 中媒體頻道的連結。 MGCF 藉由 SIP 來和 CSCF 溝通。 MGCF 能依據從傳統網路傳來的受話路由號碼，選擇一個適當的 CSCF 做為與服務平面溝通的管道。 MGCF 可以支援不同的通話模式，例如MGCF可以將 SIP 訊號轉換為 SS7 訊號，做為 PSTN 與 IMS 間溝通的橋樑。

56 Transport Signaling Gateway Function（T-SGW）
T-SGW 是 UMTS 與 PSTN 間控制信號傳輸的交界。 T-SGW 的一端是 SS7 信令 MTP-based 網路。 另一端是IP-based的SS7信令通道。 需提供 PSTN（或傳統行動網路）與 IP 網路間位址的對映。 將從 PSTN 送來的或要送到 PSTN 的通話相關信號做對映轉換，並且與 IP 網路上的MGCF 或 GMSC 伺服器溝通。 T-SGW 並不會轉譯 MAP 或 ISUP 層的訊息。

57 Breakout Gateway Control Function（BGCF）
BGCF 根據從 S-CSCF 接收到的 SIP 要求，選擇一個適合與 PSTN 溝通的節點，來處理 IP 網路與 PSTN 網路之間語音等資料的轉換。 BGCF 會選擇同一網路中，負責和 PSTN 互連的 MGCF 來執行此轉換的工作，這個 MGCF稱為此 SIP 連線的下車點（breakout point）。 如果 BGCF 判定連線會通到另一個 IP 網路才再接到 PSTN，則 BGCF 會將此 SIP 要求轉送給另一個網路的 BGCF（來決定下車點）或直接決定另一個網路的 MGCF 做為下車點。

58 Section 12.3 註冊及通話控制 Registration and Call Control

59 All-IP 網路的行動管理 仍根據 UMTS R99 版本的規格。
在 CS domain，仍是以位置區域（Location Area，LA）做為服務範圍分割的基本單位，每個UE的位置以位置區域碼（Location Area Identifier，LAI）表示。 在PS domain，則以路由區域辨識碼（Routing Area Identifier，RAI）記錄 UE 的位置。

60 章節說明 UE 要能透過 All-IP 網路建立通話 首先要進行應用層的註冊取得授權，見 12.3.1 節。
UE 在 CS domain 的發話程序，見 節。 UE 在 PS domain 的發話程序，見 節。 UE 在 PS domain 的受話程序，見 節。 在上述通話程序範例中，UE 與 PSTN 的使用者是通話的雙方 。 UE 需要一個 S-CSCF 做為其通話代理人（call agent），PSTN 的使用者需要一個 MGCF 做為其通話代理人。

61 Section 12.3.1 應用層註冊程序 Application-Level Registration

62 1. Bearer Level Registration: GPRS
完整的註冊程序 IP MM CN Subsystem UE GPRS 1. Bearer Level Registration: GPRS 2. PDP Context Activation 3. Proxy CSCF Discovery 在 IMS 上做註冊時，UE 首先會 attach 上 GPRS 系統，之後會透過 PDP Context Activation 來決定一些設定（例如： IP, QoS Level 等）。再來就是找到first P-CSCF，最後才做應用層的 (application-level) 的註冊。 4. Application Level Registration

63 應用層註冊 (1/2) 假設 UE 來到客籍網路中，UE首先執行標準的 UMTS routing area update 或 GPRS attach 程序連上GPRS網路。 稱為承載層註冊（bearer-level registration）。 之後 UE 在啟動PDP context，取得IP位址，以連接到外界的數據網路。 接著 UE 會獲得 P-CSCF 的位址。 要使用IMS的服務，UE 必須再執行應用層註冊。

64 應用層註冊 (2/2) 在應用層註冊中，本籍網路會指派一個 S-CSCF，幫 UE 處理整個應用的流程。 這個應用層註冊的程序，
S-CSCF 的指派是透過 HSS 與 I-CSCF 相互運作而達成的。 這個動作被稱為 CSCF selection。 這個應用層註冊的程序， 圖 12-4 說明各個元件間的關聯。 圖12-5 標出訊息的順序流程。 注意 UE 與各個 CSCF 間是採用 SIP 協定溝通，而HSS 與 CSCF 間都是採用 Cx 介面通訊。

65 圖 12‑4 應用層註冊示意圖

66 圖 12‑5 應用層註冊之訊息流程 I-CSCF 要求 HSS 對 UE 進行認證。 (SIP電話號碼)
圖 12‑5 應用層註冊之訊息流程 I-CSCF 要求 HSS 對 UE 進行認證。 (SIP電話號碼) Register 是 SIP 的訊息， 代表 UE 向系統提出註冊的要求。 HSS 將服務 UE 的 S-CSCF所必須具備的功能傳給I-CSCF。 I-CSCF 選出一個 S-CSCF 以服務 UE 。 S-CSCF 主動通知 HSS。 UE 以 SIP 的訊息 register 向 S-CSCF 註冊, 告訴 S-CSCF 自己的所在地點, 此次註冊希望維持的有效時間等資料. P-CSCF 與 I-CSCF 在 SIP 中的角色是 proxy. S-CSCF 回應 200 OK, 表示註冊成功. S-CSCF 向 HSS 以取得 UE 的資料。 200 OK代表 UE 註冊成功。

67 Application-level Registration Diagram
1. MS sends SIP REGISTER to P-CSCF. 2. Forward to I-CSCF by “home domain name”. 3. User can register in the P-CSCF network ? Request info about required S-CSCF cap. ? 4. Responses & Information. 5. Select S-CSCF. 6. S-CSCF requests HSS to retrieve the subscriber info. 7. Download user profile 8. Send Register info to Service Platform. Home Network App. Server HSS 3 4 6 7 8 I-CSCF S-CSCF 5 2 2 Visited Network P-CSCF P-SCSF 1 1 GGSN GGSN SGSN SGSN Radio Access Network Radio Access Network

68 重新註冊（Re-registration）
注意如果註冊時間過久造成逾期或者註冊狀態改變，UE會重新執行註冊的動作。 重新註冊基本上和上述註冊程序相同，除了以外兩點： 在步驟3.，HSS會判斷使用者目前是否已執行過註冊的動作。如果是的話，S-CSCF的地址將被直接送給I-CSCF，因此 步驟4. 可以被省略。 如果S-CSCF偵測到此註冊的動作為重新註冊，則 步驟6. 和 7. 可以被跳過。

69 取消註冊（De-registration）
如果 UE 漫遊到一個新的網路或關機，將會執行應用層取消註冊（application-level de-registration）的動作，取消應用層相關的設定。

70 Section 12.3.2 CS Domain 發話程序 Call Origination Procedure in CS Domain

71 CS Domain的 UE 發話程序 CS domain 的 UE 發話程序和 UMTS R99 相似，在執行 CS domain 行動發話程序之前，UE 必須已經連接到 UMTS CS domain，並且已經註冊到一個 MSC 伺服器。 此範例是 位於本籍網路的 UE 打電話給 PSTN 用戶。 圖 12-6 說明各個元件間的關聯。 圖 12-7 標出訊息的順序流程。 請參考課本各個步驟的說明。

72 圖 12‑6 CS 發話程序示意圖

73 圖 12‑7 CS 發話程序之訊息流程 MSC Server 向 CSE 提出服務控制要求並被接受。
MSC Server 用 H.248 的命令要求 MGW1 與 MGW2 間建立起連線。 MSC Server 用 ISUP 的命令要求 PSTN 將電話接到受話端。但 MSC Server 到 T-GW 間是 IP 網路，而 T-SGW 到 PSTN 是 MTP 的 SS7 網路。 CSE 是 Camel Service Envionment

74 Section 12.3.3 PS Domain 發話程序 Call Origination Procedure in PS Domain

75 PS domain 的 UE 發話程序 在 IMS 執行 PS 發話程序前，UE 必須先連接到 UMTS PS domain，並且已經執行了應用層註冊。此時 UE 會有一個 S-CSCF 負責發話或受話事宜。 此範例是 位於客籍網路的 UE 打電話給 PSTN 用戶。 圖 12-8 說明各個元件間的關聯。 圖 12-9 標出訊息的順序流程。 比較容易懂 請參考課本各個步驟的說明。

76 圖 12‑8 PS 發話程序 （a）

77 圖 12‑8 PS 發話程序（b）

78 圖 12‑8 PS 發話程序（c）

79 圖 12‑9 PS 發話程序的訊息流程 (1/2) I-CSCF 向 HSS 詢問服務 UE 之 S-CSCF。
UE 用 SIP Invite 邀請 MGCF 幫忙建立電話連線。訊息中會帶有電話的相關參數要求 MGCF 配合。 I-CSCF 向 HSS 詢問服務 UE 之 S-CSCF。 MGCF 依照自己的能力，回應可配合的電話相關參數，封裝於 SIP 訊息中的 SDP。 UE 回應最終決定的電話相關參數。UE透過PDP context activation的程序，保留此議程所需的資源。 UE 告訴 MGCF 保留資源成功。 MGCF 知道連線兩端 保留資源成功才去與 PSTN 互通訊息。

80 圖 12‑9 PS 發話程序的訊息流程 (2/2) 傳送 SIP ACK 訊息給MGCF，做為最後的確認。
MGCF 以 ISUP IAM 訊息要求與 PSTN 通電話。ACM 表示對方電話已開使振鈴。 以 SIP 180 Ringing 通知 UE 對方已開始振鈴。 ANM 表示對方已接起電話，MGCF 此時才真正要求 MGW 與 PSTN 間建立雙向語音連結。 以 200 OK 通知 UE 對方已接起電話。 傳送 SIP ACK 訊息給MGCF，做為最後的確認。

81 Section 12.3.4 PS Domain 受話程序 Call Termination Procedure in PS Domain

82 PS Domain 的 UE 受話程序 在 PS domain 受話程序執行前，UE 必須已經連接到UMTS PS domain，並且已經執行應用層註冊。 此範例是 PSTN 用戶打電話給位於本籍網路的 UE。 圖 說明各個元件間的關聯。 圖 標出訊息的順序流程。 比較容易懂 請參考課本各個步驟的說明。

83 圖 12‑10 PS 受話程序（a）

84 圖 12‑10 PS 受話程序（b）

85 圖 12‑10 PS 受話程序（c）

86 圖 12‑11 PS 受話程序之訊息流程 PSTN 上的話機送出 IAM 要求建立通話。此命令會送到MGCF ，轉成 SIP INVITE。
I-CSCF 向 HSS 取得UE的位置資訊及UE的S-CSCF位址。 圖 12‑11 PS 受話程序之訊息流程 UE 將183 SESSION IN PROGRESS（與內含之SDP）一起回傳到MGCF。這個 SDP 訊息指出UE處理媒體串流的能力。 根據UE的SDP，MGCF決定配置給此議程中傳送媒體串流所需的資源，並傳送最終的SDP回應給UE。 UE 振鈴後送回 Ringing。用戶接起電話後送出 200 OK。 MGCF 命令MGW產生一個雙向的傳輸到GGSN和PSTN節點。 然後MGCF回傳SIP ACK訊息給UE。

87 Section 12.4 IP 封包傳遞之效率議題 Efficiency of IP Packet Delivery

88 IP 封包標頭（Header） 無線電頻譜效率（radio spectrum efficiency）受到 IP 封包標頭大小非常嚴重地的影響。 IP/UDP/RTP 標頭的大小在 IPv4 中至少是 40 個位元組，在 IPv6 至少是 60 個位元組。使用者資料（payload）可能會短於封包標頭。 IP 封包標頭與和所承載的使用者資料，標頭部分需要更多的錯誤防護。 如果沒有高效率的錯誤防護，將使得標頭遺失或發生錯誤。當發生此種情形，整個相對應的封包都會被丟棄。

89 調整標頭（Header Adaptation）
對於像VoIP這樣的應用，典型的語音資料是短於封包標頭。 若將更多的語音訊號放在一個封包中，將可以減低多餘的標頭傳送，但是會增加語音延遲。 使用調整標頭（header adaptation）的技巧可以減少標頭大小，可以由下列兩個方式來達成： 標頭壓縮（header compression） 標頭移除（header stripping）

90 標頭壓縮（Header Compression）
減少在原來編碼的標頭資訊之重複。 最低可將標頭的大小降低至 2 個位元組。 使用標頭壓縮的前題是可靠的無線電鏈結。 第一次送出未壓縮的標頭被，接下來的封包只傳送壓縮過的標頭（和之前封包的差異處）。 主要缺點是壓縮之後的標頭具有不同的大小，這使得端點對端點（end-to-end security）的安全與頻寬管理需付出額外的花費成本。 標頭壓縮的機制一般都實作在 UTRAN 上。

91 標頭移除（Header Stripping）
標頭移除是將標頭的某些欄位移除。基本上除了語音資料，只有一些額外與標頭相關的資訊需要被傳遞，就能重建標頭。 標頭移除的程度取決於標頭相關資訊的傳遞量。 不再需要標頭錯誤保護。 當 payload 是固定大小時，就可在固定傳輸速率的頻道上傳送，頻寬管理課題可被簡化。 標頭移除的方法一般是實作在 GPRS EDGE RAN 之上。

92 Section 12.5 結語 Summary

93 Summary 傳統固網「幾乎免費」的固網存取模式不能夠直接套用到無線網際網路上，UMTS需要一個新的模式，讓使用者會願意去付錢來獲得安全方便的無線資料傳輸服務。精確的客戶分類、新的客戶價值與服務以及適當的價格將會是All-IP網路成功的關鍵。特別是價格必須被訂在目標客戶能夠負擔的等級。另一個促使用戶使用3G服務的因素是透明的收費，使用者是否能感受高品質的服務，將會強烈地影響付費的意願。

94 Homework