IMS向5G SA架构演进，助力5G核心网全融合

3GPP R15设计了全新的5G SA核心网架构，其核心是基于云原生（Cloud Native）的服务化架构（SBA）。基于SBA架构的5G核心网具有微服务架构、服务化接口、C/U分离、无状态设计、支持切片、部署灵活、易于扩展等特征，可以满足eMBB、URLLC、mMTC这三大类业务应用场景的需求。

同时5G带来的高带宽、低时延业务，如AR/VR、超高清视频会议以及海量的物联网终端接入，也给IMS网络带来了巨大挑战。IMS作为承载所有用户语音/视频业务的目标网络，其架构自3GPP R8之后就基本没有变化，到现在已很难满足5G新业务的应用需求。

目前IMS架构存在的问题

当初IMS在设计时将网络功能拆分得过细，导致整个网络结构复杂，网元众多，业务处理过程中，网元之间过多的消息交互也消耗了更多资源，导致整个系统的运行效率低。而5G网络带来的新业务对IMS的性能以及容量都提出了更高要求，传统架构的IMS已无法满足，需要进行简化和重构，提升性能。

此外，IMS在实际部署过程中，往往需要做一些非3GPP标准的定制以适配现网的实际情况。比如媒体网关要提供TDM连接，要支持传统非3GPP标准的设备接入，要提供非3GPP标准定义的私有业务等。这导致IMS网络无法完全IP化和标准化，系统功能更加复杂，阻碍了IMS向虚拟化和5GC架构的演进。

IMS和5GC一样也有不同的业务场景，例如VoLTE/VoNR、固网宽带语音VoBB、企业PBX、RCS、ICS、IoT物联网、MVNO多租户等，不同的业务场景对IMS的网元功能、组网以及带宽和性能都有不同的要求，所以很难通过只部署一套IMS满足所有业务场景的需求，而部署多套IMS必然导致大量的资源浪费。

目前3GPP对于IMS向5G SA架构演进的研究已经开始，但在R16里只简单定义了N70、N71两个SBA接口，其他接口和网络功能的简化和重构将在R17进一步研究。

中兴通讯基于5G SA架构的eIMS设计方案

针对以上IMS存在的问题，中兴通讯基于对5G网络的洞察和多年IMS研发部署经验，参照3GPP R15/R16定义的5GC架构，设计了基于SBA服务化架构的IMS系统——eIMS（enhanced IMS），为进一步研究IMS和5G网络的全融合提供参考依据。

中兴通讯eIMS的架构设计

中兴通讯eIMS的系统架构如图1所示。

           图1   基于SBA的eIMS系统架构

中兴通讯eIMS将原先IMS架构中的网元进行合并，按照不同的功能新增5个新的网络功能（NF），包括4个控制面NF和1个媒体面NF:

-ACF（Access Control Function）：接入控制功能，继承了P-CSCF、SBC控制面、ATCF、mAGCF功能，支持各种基于3GPP标准的SIP终端接入，包括移动终端、固网终端、Wi-Fi终端、物联网终端等；

-SCF（Session Control Function）：会话控制功能，继承了I-CSCF、IMS-ALG、THIG、S-CSCF/E-CSCF/EATF、BGCF等功能；

-ICF（Interworking Control Function）：和其他网络互通控制功能，继承了MGCF、IBCF、IWF等功能；

-ASF（Application Server Function）：应用服务器功能，继承了MMTEL AS、SCC-AS、MRFC、Centrex AS等功能；

-MPF（Media Plane Function）: 媒体面功能，继承了MRFP、IM-MGW、IMS-AGW、TrGW、SBC媒体面、ATGW等功能。

中兴通讯eIMS的接口设计

为了减少对IMS的接口改造，eIMS尽量继承原先定义的接口，只有部分接口需要改造成服务化接口，减少对周边网元的影响。

-新增的服务化接口：包括4个控制面NF（ACF、CSF、ICF、ASF）之间以及和5GC原有NF（例如UDM、AUSF、NRF、NSSF、CHF等）之间需要定义新的服务化接口。这些新增的服务化接口继续遵从3GPP的定义规则，例如逻辑接口可以采用N72~N78进行编号，服务化接口可定义为Nacf、Nscf、Nicf、Nasf，用户面MPF不定义服务化接口。

-直接利旧的接口：包括控制面NF（ACF、CSF、ICF、ASF）与MPF之间的Ia/Iq、Mp、Mn/Ix接口，终端和ACF之间的Gm接口，以及ICF对外互通的Mm/Ici、Mb/Izi接口等，这些接口继续保留，不需要改造成服务化接口。

中兴通讯eIMS NF的重构设计

eIMS NF基于微服务架构设计，和5GC NF一样具有功能组件化、无状态设计和C/U分离的特征。eIMS将原IMS各网元中的功能拆散形成一个个微服务组件，每一个微服务组件只实现单一的逻辑功能，然后按照功能进行分类，组成各种微服务组件库，如会话处理组件库、业务处理组件库、媒体处理组件库、公共处理组件库等。eIMS各NF在设计时根据功能要求从各组件库中选取不同的微服务组件进行组装，使得eIMS的部署更加灵活。

中兴通讯eIMS的切片设计

和5GC一样，eIMS也需要和NSSF对接实现切片功能。eIMS的切片可以按照不同的租户（如不同的MVNO）划分，也可以按照不同的业务场景（如VoLTE/VoNR、VoBB、企业PBX等）划分，各切片之间需要安全隔离，设置不同的SLA，进行分权分域管理等。

同时eIMS和5GC可以共用一套切片编排和管理系统。但由于eIMS与5GC的应用场景不同，NSSMF需要为eIMS设计单独的切片模型（包括切片的类型、容量、SLA等），便于独立编排、部署及运维管理。

总结

通过以上4个方面的设计，新的eIMS具备以下特点：

-基于云原生的服务化架构，实现语音核心网与数据核心网在5G SA架构下的全融合；

-对IMS原有网元功能进行合并，简化了网络架构，提升了系统运行效率；

-网元设计基于微服务的通用组件，功能完全标准化和通用化，便于灵活部署和快捷升级迭代；

-基于全虚拟化和全IP化，支持IaaS/PaaS/CaaS等多种方式部署；

-支持切片部署，满足语音、视频、数据、人网、物网等多业务、多场景需求；

-便于网络向第三方开放业务能力，打造全新的生态环境，并不断创新，开拓新的行业市场应用，为用户带来更加丰富的业务体验。

目前中兴通讯eIMS还处于概念验证阶段，还需要3GPP标准组织和行业伙伴做进一步的研究和完善，推进IMS向5G核心网的融合演进，尽早实现商用部署。