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IPマルチメディアサブシステム（IMS）またはIPマルチメディアコアネットワークサブシステムは、IPベースのマルチメディアサービスを提供するための標準化されたアーキテクチャフレームワークです。従来、携帯電話はIPベースのパケット交換ネットワークではなく、回線交換ネットワークを介して音声通話サービスを提供してきました。スマートフォンにはさまざまなVoIP技術が利用可能ですが、IMSは異なるベンダー間で共通の標準化されたプロトコルを提供します。
IMSは、もともと無線標準化団体である3GPP（ 3rd Generation Partnership Project ）によって、 GSMを超えるモバイルネットワークの進化というビジョンの一環として設計されました。その当初の構想（3GPP Rel-5）は、 GPRS上でインターネットサービスを提供するアプローチを示していました。このビジョンは後に3GPP、 3GPP2、およびETSI TISPANによって更新され、無線LAN、CDMA2000 、固定回線など、GPRS以外のネットワークのサポートが求められるようになりました。
IMS は可能な限りIETFプロトコル、例えばセッション開始プロトコル(SIP) を使用します。3GPP によると、IMS はアプリケーションを標準化することを目的としたものではなく、無線および有線端末からのマルチメディアおよび音声アプリケーションへのアクセスを支援すること、つまり固定移動融合(FMC) の一形態を作成することを目的としているとされています。[ 1 ]これは、アクセスネットワークをサービスレイヤから分離する水平制御レイヤを持つことで実現されます。論理アーキテクチャの観点からは、制御レイヤは共通の水平レイヤであるため、サービスは独自の制御機能を持つ必要はありません。ただし、実装においては、これが必ずしもコストと複雑さの大幅な削減につながるわけではありません。
有線および無線ネットワークを介したサービスへのアクセスとプロビジョニングのための代替的かつ重複する技術には、汎用アクセスネットワーク、ソフトスイッチ、および「ネイキッド」SIPの組み合わせが含まれます。
従来の無線/固定通信事業者の制御外のメカニズムを使用してコンテンツや連絡先にアクセスすることがますます容易になっているため、IMS の利益が問われています。[ 2 ]
IMS に基づくグローバル標準の例としては、VoLTE ( Voice over LTE )、 VoWIFI ( Wi-Fi Calling )、 ViLTE ( Video over LTE )、WiFi および LTE 上の SMS/MMS、LTE上の USSD ( Unstructured Supplementary Service Data )、および Joyn または Advanced Messaging としても知られるRich Communication Services (RCS) があり、現在 RCS は通信事業者の実装となっています。RCS にはさらにプレゼンス/EAB (拡張アドレス帳) 機能が追加されました。[ 3 ]
一部の通信事業者は、IMSが複雑で高価であるとして反対した。これに対し、LTEネットワーク上で音声とSMSをサポートするのに十分なIMSの縮小版が、2010年にVoLTE（ Voice over LTE）として定義され、標準化された。[ 6 ]
図中の各機能については、以下で説明します。
IPマルチメディアコアネットワークサブシステムは、標準化されたインターフェースでリンクされたさまざまな機能の集合体であり、これらがグループ化されて1つのIMS管理ネットワークを形成します。[ 7 ]機能はノード（ハードウェアボックス）ではありません。実装者は、2つの機能を1つのノードに組み合わせたり、1つの機能を2つ以上のノードに分割したりできます。また、各ノードは、サイジング、負荷分散、または組織上の問題のために、1つのネットワーク内に複数回存在することもできます。
ユーザーはさまざまな方法で IMS に接続できますが、そのほとんどは標準 IP を使用します。IMS 端末 (携帯電話、PDA、コンピュータなど)は、別のネットワークや国 (訪問先ネットワーク) でローミングしている場合でも、IMS に直接登録できます。必要なのは、IP を使用し、SIP ユーザー エージェントを実行できることだけです。固定アクセス ( DSL、ケーブルモデム、イーサネット、FTTx など)、モバイル アクセス ( 5G NR、LTE、W-CDMA、CDMA2000、GSM、GPRSなど)、無線アクセス ( WLAN、WiMAXなど) がすべてサポートされています。従来のアナログ電話(POTS)、H.323 、IMS と互換性のないシステムなどの他の電話システムは、ゲートウェイを介してサポートされます。
HSS – ホーム加入者サーバー： ホーム加入者サーバー（HSS）、またはユーザープロファイルサーバー機能（UPSF）は、実際に通話を処理するIMSネットワークエンティティをサポートするマスターユーザーデータベースです。加入者関連情報（加入者プロファイル）を格納し、ユーザーの認証と認可を実行し、加入者の位置情報とIP情報を提供できます。GSMホームロケーションレジスタ（HLR）および認証センター（AuC）に似ています。
複数のHSSを使用する場合、ユーザーのアドレスをマッピングするために加入者位置特定機能（SLF）が必要です。
ユーザーID: IMSには、IPマルチメディアプライベートID（IMPI）、IPマルチメディアパブリックID（IMPU）、グローバルルーティング可能なユーザーエージェントURI（GRUU）、ワイルドカード付きパブリックユーザーIDなど、さまざまなIDを関連付けることができます。IMPIとIMPUはどちらも電話番号やその他の数字列ではなく、数字（ tel:+1-555-123-4567などのTel URI ）または英数字識別子（ sip:john.doe@example.comなどのSIP URI ）である統一リソース識別子（URI）です。
IPマルチメディアプライベートID： IPマルチメディアプライベートID（IMPI）は、ホームネットワークオペレーターによって割り当てられる、一意で永続的なグローバルIDです。ネットワークアクセス識別子（NAI）の形式（user.name@domain）を持ち、登録、認証、管理、会計などの目的で使用されます。すべてのIMSユーザーは1つのIMPIを持つ必要があります。
IPマルチメディア公開ID： IPマルチメディア公開ID（IMPU）は、ユーザーが他のユーザーに通信を要求する際に使用するものです（例えば、名刺などに記載されます）。登録住所（AOR）とも呼ばれます。1つのIMPIに複数のIMPUを設定できます。また、IMPUを別の電話機と共有することで、同じIDで両方の電話機に連絡を取ることができます（例えば、家族全員で同じ電話番号を使用するなど）。
グローバルにルーティング可能なユーザー エージェント URI:グローバルにルーティング可能なユーザー エージェント URI (GRUU) は、IMPU とUEインスタンスの一意の組み合わせを識別する ID です。 GRUU には、パブリック GRUU (P-GRUU) と一時的 GRUU (T-GRUU) の 2 種類があります。
ワイルドカード付きパブリックユーザーID: ワイルドカード付きパブリックユーザーIDは、グループ化された一連のIMPUを表します。
HSS加入者データベースには、IMPU、IMPI、IMSI、MSISDN、加入者サービスプロファイル、サービストリガー、およびその他の情報が含まれています。
IMSでは、SIPサーバーまたはプロキシのいくつかの役割（総称してコールセッション制御機能（CSCF）と呼ばれる）が、SIPシグナリングパケットを処理するために使用されます。
SIPアプリケーションサーバー（AS）は、サービスをホストおよび実行し、SIPを使用してS-CSCFとインターフェースします。3GPPで開発されているアプリケーションサーバーの例としては、音声通話継続機能（VCCサーバー）があります。実際のサービスに応じて、ASはSIPプロキシモード、SIP UA（ユーザーエージェント）モード、またはSIP B2BUAモードで動作できます。ASは、ホームネットワーク内または外部のサードパーティネットワーク内に配置できます。ホームネットワーク内に配置されている場合、Diameter ShまたはSiインターフェース（SIP-ASの場合）を使用してHSSに問い合わせることができます。
AS-ILCM（アプリケーションサーバ - 着信レッグ制御モデル）とAS-OLCM（アプリケーションサーバ - 発信レッグ制御モデル）はトランザクション状態を保存し、実行される特定のサービスによってはセッション状態を保存する場合もあります。AS-ILCMは着信レッグのS-CSCF（ILCM）とインターフェースし、AS-OLCMは発信レッグのS-CSCF（OLCM）とインターフェースします。アプリケーションロジックはサービスを提供し、AS-ILCMとAS-OLCM間のやり取りを行います。
パブリックサービスID（PSI）は、アプリケーションサーバーによってホストされるサービスを識別するIDです。ユーザーIDとして、PSIはSIPまたはTel URIのいずれかの形式をとります。PSIは、HSSに個別のPSIとして、またはワイルドカードPSIとして保存されます。
メディアリソース機能（MRF）は、メディア操作（音声ストリームのミキシングなど）やトーンやアナウンスの再生といった、メディア関連の機能を提供します。
各MRFは、さらにメディアリソース機能コントローラ（MRFC）とメディアリソース機能プロセッサ（MRFP）に分割される。
メディアリソースブローカー（MRB）は、適切な公開MRF情報の収集と、ASなどの利用主体への適切なMRF情報の提供の両方を担当する機能エンティティです。MRBは2つのモードで使用できます。
ブレイクアウトゲートウェイ制御機能（BGCF）は、S-CSCFがDNSまたはENUM/DNSを使用してセッションをルーティングできないと判断した場合、S-CSCFからのルーティング要求を処理するSIPプロキシです。電話番号に基づくルーティング機能が含まれています。
PSTN/CSゲートウェイは、 PSTN回線交換（CS）ネットワークと接続します。シグナリングに関しては、CSネットワークはメッセージ転送部（MTP）上でISDNユーザ部（ISUP）（またはBICC）を使用し、IMSはIP上でSIPを使用します。メディアに関しては、CSネットワークはパルス符号変調（PCM）を使用し、IMSはリアルタイムトランスポートプロトコル（RTP）を使用します。
メディアリソースとは、メディアプレーン上で動作し、IMSコア機能の制御下にあるコンポーネントのことです。具体的には、メディアサーバー（MS）とメディアゲートウェイ（MGW）がこれに該当します。
次世代ネットワーク相互接続には、2つのタイプがあります。
NGNの相互接続モードは、直接接続と間接接続のいずれかです。直接接続とは、中間ネットワークドメインを介さずに2つのネットワークドメイン間を直接接続することを指します。一方、1層における間接接続とは、1つ以上の中間ネットワークドメインを中継ネットワークとして介して2つのネットワークドメイン間を接続することを指します。中間ネットワークドメインは、他の2つのネットワークドメインに中継機能を提供します。サービス層シグナリングとメディアトラフィックの伝送には、異なる相互接続モードが使用される場合があります。
オフライン課金は、サービス料金を定期的に（例えば月末に）支払うユーザーに適用されます。オンライン課金（クレジットベース課金とも呼ばれる）は、プリペイドサービス、またはポストペイドサービスのリアルタイムクレジット管理に使用されます。両方の課金方式が同じセッションに適用される場合もあります。
課金機能アドレスは、各IMSエンティティに割り当てられるアドレスであり、各エンティティが課金情報を送信するための共通の場所を提供します。課金データ機能（CDF）アドレスはオフライン課金に使用され、オンライン課金機能（OCF）アドレスはオンライン課金に使用されます。
IMSベースのPES（PSTNエミュレーションシステム）は、アナログデバイスにIPネットワークサービスを提供します。IMSベースのPESを使用すると、非IMSデバイスをIMSに対して通常のSIPユーザーとして認識させることができます。標準アナログインターフェースを使用するアナログ端末は、次の2つの方法でIMSベースのPESに接続できます。
A-MGWとVGWはどちらもサービスを認識していません。これらはPSTN端末との間で呼制御信号を中継するだけです。セッション制御と処理はIMSコンポーネントによって行われます。
IMSの最も重要な機能の1つである、SIPアプリケーションを（ユーザープロファイルに基づいて）動的かつ差別的にトリガーできる機能は、S-CSCFにおいてフィルタおよびリダイレクトシグナリングメカニズムとして実装されています。
S-CSCFは、フィルタ基準を適用して、SIPリクエストをASに転送する必要性を判断する場合があります。発信者向けのサービスは発信ネットワークで適用され、着信者向けのサービスは着信ネットワークで適用されます。これらはすべて、それぞれのS-CSCFで処理されます。
初期フィルタ条件(iFC) は、制御ロジックを記述するために使用されるXMLベースのフォーマットです。iFC は、アプリケーションに対するユーザーのプロビジョニング済みサブスクリプションを表します。これらは IMS サブスクリプション プロファイルの一部として HSS に保存され、ユーザー登録時 (登録済みユーザーの場合) または処理要求時 (未登録ユーザーとして動作するサービスの場合) に S-CSCF にダウンロードされます。iFC は、登録の有効期間中、またはユーザー プロファイルが変更されるまで有効です。[ 7 ]
iFCは以下で構成されています。
iFCには2種類あります。
USIM / ISIMインターフェースの不足やIPv4をサポートするデバイスの普及により、TS 33.203で定義されているセキュリティはしばらくの間利用できない可能性があると想定されています。このような状況において、最も重大な脅威に対する保護を提供するために、3GPPはTR33.978で「初期IMSセキュリティ」として非公式に知られているいくつかのセキュリティメカニズムを定義しています。このメカニズムは、ネットワーク接続手順中に実行される認証に依存しており、ユーザーのプロファイルとIPアドレスを関連付けます。また、このメカニズムは、ユーザーとネットワーク間のインターフェースでシグナリングが保護されていないため、脆弱です。
IMSアーキテクチャを採用しているものの、端末にUSIM/ISIM機能を持たないPacketCable 2.0のCableLabsは、Digest-MD5が有効な認証オプションとなる3GPP仕様への変更を公開しました。その後、 TISPANも固定ネットワークの範囲を考慮して同様の取り組みを行いましたが、手順は異なります。IPsec機能の欠如を補うため、Gmインターフェースを保護するオプションとしてTLSが追加されました。後の3GPPリリースでは、Common-IMSプラットフォームに向けてDigest-MD5方式が採用されましたが、独自の、そしてまた異なるアプローチとなっています。Digest-MD5認証の3つのバリアントはすべて同じ機能を持ち、IMS端末の観点からは同じですが、S-CSCFとHSS間のCxインターフェースでの実装は異なります。
