中国移动CMIMS技术手册下 .doc
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1、第4部分 CM-IMS终端1 CM-IMS终端关键技术1.1 终端分类说明(SIP硬终端、客户端、POTS话机)CM-IMS终端作为面向用户提供CM-IMS服务的设备,从形态上可以分为三类:SIP硬终端、PC客户端、POTS话机。1)SIP硬终端SIP硬终端是指支持SIP协议,能接入到CM-IMS网络的固定电话。SIP硬终端从产品形态上来说包含了低端、中端和高端三种形态,现有SIP硬终端以中低端产品为主。SIP低端硬终端以无屏或黑白屏为主,能够支持以话音为主的CM-IMS应用。SIP中端硬终端以3.5寸彩屏为主,能够支持CM-IMS话音和视频通话业务。SIP高端硬终端具备7寸及以上的液晶屏幕,
2、CPU性能和屏幕分辨率等配置均较高,能够向用户提供包括音视频通话、多媒体会议等多种CM-IMS业务,是未来SIP硬终端的重要发展方向之一。 低端SIP硬终端中端SIP硬终端高端SIP硬终端图10-1 SIP硬终端形态2)PC客户端客户端软件包括PC客户端和手机客户端,商用初期以PC客户端为主,PC客户端软件是安装在PC上(包括笔记本和台式机),为用户提供语音、视频、消息类、融合类数据等业务功能的通信软件。PC客户端支持语音业务、视频业务、融合类数据业务、基本信息管理功能,具有模块化、开放性、易用性,同时具有容错能力和故障监护等功能。3)POTS话机普通POTS话机可直接通过RJ11接口接入IA
3、D、IP-PBX、AG、连接SIP GW的TDM PBX上使用,支持基本的语音通话功能。1.2 用户卡分类说明用户卡是面向用户提供身份和密钥标识的设备,目前有两种类型的用户卡:SIM卡和USIM卡,CM-IMS应支持SIM/USIM卡的接入。1) SIM卡现网存在大量的SIM卡,主要应用于移动终端的2G和TD网络接入,SIM卡中保存有IMSI和密钥Ki。插有SIM卡的CM-IMS终端将3元组转换成5元组后,采用AKA(SIM卡鉴权)机制接入CM-IMS网络,为了保证SIM卡接入CM-IMS的安全性,建议在CM-IMS中采用防克隆的SIM卡。2) USIM卡USIM卡主要应用于移动终端的2G和T
4、D网络接入,USIM卡中保存有IMSI和密钥K。插有USIM卡的CM-IMS终端直接使用5元组,采用AKA(USIM卡鉴权)机制接入CM-IMS网络。USIM卡相比SIM卡更加安全。下面是SIM卡和USIM卡作为CM-IMS接入安全性、对网路侧和终端侧的要求比较:表10-1 CM-IMS接入卡比较SIM卡USIM卡安全性l 将3元组转5元组后采用AKA鉴权机制l 单向认证,存在中间人攻击风险,安全性相对较低l 采用5元组AKAl 双向认证,安全性较高对网络要求l HSS应支持从HLR获得存量SIM卡3元组鉴权信息l HSS应支持从3元组到5元组的转换l HSS应支持从HLR获得存量USIM卡5
5、元组鉴权信息对终端要求应支持3元组到5元组的转换无考虑到安全因素,USIM卡比SIM卡更具优势。1.3 CM-IMS接入鉴权机制1.3.1 CM-IMS鉴权机制分类CM-IMS的终端形态较多,如PC客户端、SIP硬终端等,未来还可能出现IMS机顶盒、IMS手机终端等。根据CM-IMS终端对卡的支持情况,CM-IMS的接入鉴权机制主要分为无卡接入和有卡接入两种方式,下面是两种方式的比较:表10-2 有卡接入与无卡接入比较无卡接入有卡接入概述l 用户在客户端界面上输入用户名/口令l 采用SIP Digest机制接入CM-IMSl 在终端中插入用户卡(SIM卡、USIM卡),基于卡中的密钥进行鉴权l
6、 采用GSM/UMTS AKA机制接入CM-IMS对网络要求l HSS、CSCF应支持SIP Digest机制l HSS、CSCF应支持AKA(SIM/USIM卡鉴权)机制对终端要求l 无特殊硬件要求l 应有硬件支持插卡安全性l 双向SIP Digest机制本身安全性较高l 存在的问题:l 包月用户可以将其用户名/口令告诉其它人,从而多人共享使用,影响包月业务的开展l 若口令的强度较短或较弱,存在猜测攻击风险l UE和P-CSCF间无IPSec通道,无法实现保密性,敏感信息容易被截获l GSM/UMTS AKA机制安全性较高l 密钥通过卡硬件存储,复制和猜测密钥的难度较高,安全性较高用户体验l
7、 需要用户手工输入用户名/口令,用户体验较差l 部分硬件设备无合适的输入/显示界面l 无需用户手工输入用户名/口令,用户体验较好适用终端l PC客户端l 存量无卡SIP硬终端l 存量无卡IAD设备等l 有卡IMS机顶盒l 有卡IMS手机终端等下图是一个典型的IMS接入鉴权过程,是一个标准的挑战-应答机制,从sip信令流程的角度看,该过程普遍适用于有卡和无卡的接入鉴权,如AKA机制和SIP Digest机制。图10-2 IMS用户典型接入鉴权流程1) UE 通过REGISTER(IMPI, IMPU)发起注册过程;2) P-CSCF转发REGISTER(IMPI, IMPU)注册消息给I-CSC
8、F;3) I-CSCF向HSS发起UAR/UAA过程获取可以为用户注册服务的S-CSCF地址;4) I-CSCF转发REGISTER(IMPI, IMPU)注册消息给S-CSCF。5) S-CSCF收到注册消息后,判断该IMPU是否已经注册,如果没有进行注册,S-CSCF需要通过Cx-Put方法设置HSS中该IMPU的状态为“初始注册挂起”。注:如果该IMPU已经成功注册则将用户状态设置为“已注册”。此外还有一种状态就是“未注册”状态。6) 如果S-CSCF中没有该用户的鉴权信息,则S-CSCF通过Cx接口发送AV-Req请求鉴权信息;7) HSS从Cx接口返回鉴权信息AV-Req-Resp给
9、S-CSCF;8) S-CSCF保存鉴权信息,通过SM4 4xx Auth_Challenge发起对UE的鉴权挑战;9) I-CSCF转发4xx Auth_Challenge鉴权挑战给P-CSCF;10) P-CSCF转发4xx Auth_Challenge鉴权挑战给UE;11) UE收到该鉴权挑战后,根据卡中的密钥或口令计算挑战响应值response,发送REGISTER(IMPI, Authentication response)给P-CSCF,请求网络侧鉴权;12) P-CSCF转发消息给I-CSCF;13) I-CSCF发起UAR/UAA过程获取用户正在注册的S-CSCF地址后,转发注
10、册消息给S-CSCF;14) S-CSCF收到注册消息后,取出为该用户保存的鉴权信息,并验证挑战响应值的正确性,如果一致则表明该IMPU已经通过鉴权并在S-CSCF注册成功。S-CSCF则通过Cx-Put方法修改HSS中该用户原先的“pending”状态为“Registered”。而后,通过Cx-Pull方法从HSS中获取该IMPU对应的所有用户数据。如果HSS中有关于和该IMPU相关的隐式注册的相关信息,HSS将通知S-CSCF这些信息,S-CSCF将认为这些隐式的用户状态也是“Registered”,并将这些信息通知P-CSCF;15) S-CSCF通过I-CSCF/P-CSCF发送确认相
11、应消息2xx Auth_Ok给UE,接入认证过程结束;16) 用户成功注册后在S-CSCF和UE上都有一个定时器在工作,UE上的时间会稍短,保证在该段时间内用户的状态是“Registered”。UE定时器超时会发起“re-Registered”过程。1.3.2 AKA鉴权机制对网络设备的要求AKA鉴权机制在现网部署过程中,对HSS,P-CSCF,S-CSCF等网络设备有相应的配置要求,具体要求如下:1.3.2.1 对HSS的配置要求1) 用户数据存储:私有用户身份标识应包括IMPI,公有用户身份标识应包括SIP URI 和TEL URI;2) 鉴权数据存储:l 若是SIM卡用户,则从归属HLR
12、中获得3元组鉴权向量;l 若是USIM卡用户,则从归属HLR中获得5元组鉴权向量;3) 鉴权向量生成及鉴权参数要求:l 若是SIM卡用户:则从归属HLR中获得3元组鉴权向量,包括RAND、Kc、SRES。HSS能支持将3元组到5元组的转换,转换规则如下:- RAND:3元组的RAND- XRES:3元组的SRES,SRES位数不足的补0- CK:Kc|Kc (Kc的连接)- IK:Kc1 xor Kc2 | Kc | Kc1 xor Kc2,其中Kc = Kc1|Kc2,Kc1和Kc2长度为32bits- AUTN:取值为全0l 若是USIM卡用户:则从归属HLR中获得5元组鉴权向量,包括RA
13、ND、AUTN、CK、IK、XRES;4) 鉴权数据获取:根据用户IMSI从相应的HLR中获得3/5元组鉴权向量1.3.2.2 对P-CSCF/S-CSCF的配置要求P-CSCF/S-CSCF需要支持有卡接入鉴权方式,详见10.3.1节的鉴权机制。1.3.2.3 接口要求Cx接口:支持AKA鉴权处理,在HSS和CSCF之间传递用户的鉴权向量;Gm接口:支持AKA鉴权处理,支持UE和P-CSCF之间注册和鉴权消息;Mw接口:支持CSCF之间AKA鉴权消息的转发;HSS-HLR接口:支持HSS从HLR获得3/5元组鉴权向量;1.3.3 SIP Digest鉴权机制对网络设备的要求1.3.3.1 S
14、IP Digest原理介绍注册消息的鉴权流程:1. 客户端发起连接请求,Request消息类型为REGISTER;2. 服务器在收到对受保护对象未经认证的访问请求时,会回应401 Unauthorized状态码。消息包含WWW-Authenticate Header,其中包含以下参数:a) Realm:提示使用哪个username/pwdb) Nonce:服务器challenge随机数c) Algorithm:摘要算法,默认为MD5d) Qop: auth,auth表示双向认证3. 客户端重试发送请求,计算response响应值,放在携带的授权报头Authorization Header中,其
15、中包含以下参数:a) username :用户名b) Qop: authc) cnonce:客户端challenge随机数d) nonce-count:发送次数e) response:客户端挑战响应值response= KD ( H(A1), nonce:nonce-count:cnonce:qop:H(A2);A1= username:realm:passwordA2= Method:uri4. 计算、比对响应值,发送200 OK响应。若要求双向鉴权,服务器端构造并发送Authentication-Info Header,其中包含参数:a) nextnonce:下一次挑战值b) rspaut
16、h:服务端挑战响应值rspauthe= KD ( H(A1), nonce:nonce-count:cnonce:qop:H(A2);A1= username:realm:passwordA2= uri图10-3 SIP Digest注册请求鉴权流程非注册消息的鉴权流程:注册鉴权后,P-CSCF维护一个IP地址与IMPU映射表,后续非注册消息通过检查IP地址验证身份。但是,在源IP地址和端口欺骗等场景下,不能解决问题。可以通过两种方式实现对非注册消息的认证:l SIP+TLSl SIP Digest proxy authentication:UE和UE之间通过S-CSCF作为代理服务器认证UE
17、身份。SIP Digest proxy authentication认证流程如下:1. 客户端发起连接请求,Request消息类型为非注册消息(如INVITE,BYE等);2. 服务器检查收到的消息不包含Proxy-Authorization头,或者Proxy-Authorization头中不包含Digest Response时,会回应407 Unauthorized状态码。消息包含Proxy-Authenticate Header,其中包含以下参数:其中,除了nonce参数新生成外,其他参数取自注册成功后S-CSCF保存的鉴权信息。a) Realm:提示使用哪个username/pwdb)
18、Nonce:服务器challenge随机数c) Algorithm:摘要算法,默认为MD5d) Qop: auth,auth表示双向认证3. 客户端重试发送请求,计算response响应值,放在携带的授权报头Proxy-Authorization Header中,其中包含以下参数:a) username :用户名b) Qop: authc) cnonce:客户端challenge随机数d) nonce-count:发送次数e) response:客户端挑战响应值response= KD ( H(A1), nonce:nonce-count:cnonce :qop:H(A2);A1= usern
19、ame:realm:passwordA2= Method:uri4. 计算、比对响应值,发送200 OK响应。若要求双向鉴权,服务器端构造并发送Proxy-Authentication-Info Header,其中包含参数:a) nextnonce:下一次挑战值b) rspauth:服务端挑战响应值rspauthe= KD ( H(A1), nonce:nonce-count:cnonce:qop:H(A2);A1= username:realm:passwordA2= uri认证成功后,P-CSCF根据IP地址检查用户的IMPU是否正确,如果检查失败,则拒绝非注册消息请求。图10-4 SIP
20、 Digest非注册请求的鉴权流程SIP Digest的安全配置要求如下:(1)CM-IMS现网部署第一阶段,主要针对无卡终端实施。无卡终端用户接入鉴权流程,采用SIP Digest认证方式。(2)SIP Digest鉴权流程在现网部署过程中,对HSS,P-CSCF,CSCF/BGCF等网络设备有相应的配置要求。具体要求如下:1.3.3.2 对HSS的配置要求(1) 用户数据存储:公有用户身份标识应包括SIP URI 和TEL URL;(2) 鉴权数据存储:Digest HA1,Realm;(3) 鉴权方法判断:根据用户私有标识IMPI确定对用户进行鉴权的鉴权方式;(4) 鉴权向量生成及鉴权参
21、数要求:向量中包括HA1(16字节)和Realm;(5) 通过Zh接口配合业务认证网关(AUG)代理非SIP业务平台完成对用户的鉴权功能,主要完成用户鉴权数据的计算并发送给业务认证网关AUG;为AUG产生鉴权参数要求如下:HA1:长16字节。计算方法:HA1=MD5(HA1, FQDN),其中FQDN为从Zh接口传递的MAR消息中的域名。1.3.3.3 对CSCF/BGCF的配置要求(1) P-CSCF需要支持SIP DIGEST认证方式;(2) P-CSCF与CSCF/BGCF支持鉴权方式判断:通过注册请求消息头中字段判断;(3) CSCF/BGCF支持鉴权向量数据缓存:Digest HA1
22、,Realm;(4) CSCF/BGCF支持SIP Digest鉴权计算:详见SIP Digest鉴权流程;1.3.3.4 接口要求Cx接口:支持SIP DIGEST鉴权处理,在HSS和CSCF之间传递用户的安全参数;Gm接口:支持SIP DIGEST鉴权处理,支持UE和P-CSCF之间注册和鉴权消息;Mw接口:支持CSCF之间SIP Digest鉴权消息的转发。第4部分 CM-IMS计费与开通2 CM-IMS计费解决方案2.1 概述CM-IMS计费解决方案是中国移动全业务运营面临的迫切需求,本章将对CM-IMS计费相关的研究方案和策略进行分析介绍,结构如下:第11.2节对3GPP 标准的IM
23、S计费采集点的功能以及话单的使用场景进行了分析,确定了CM-IMS离线计费系统的计费采集点;第11.3节针对CM-IMS特有的分省和区域中心相结合的组网方案,提出了优化的CM-IMS计费系统架构;第11.4节主要介绍语音类业务的计费策略;第11.5节主要介绍了CM-IMS用户漫游计费的解决方案,并对目前CM-IMS漫游计费可能存在的问题进行了探讨。2.2 计费采集点设置方案IMS系统中S-CSCF/I-CSCF/P-CSCF/BGCF/MGCF/VIG/MRFC/AS等网元都可以产生计费数据。为了降低运营支撑系统的复杂度,CM-IMS离线计费系统的计费采集点简化为四个:AS、P-CSCF、MG
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