IMS 注册与入网流程

本页回答两个关键问题：

1. 手机如何先加入 4G/5G 核心网（Open5GS）
2. 加入核心网后，手机如何完成 IMS 注册并具备语音能力

阶段 A：先入网（非 IMS）

IMS 注册前，UE 必须先完成无线接入、鉴权和数据会话建立。

5G SA 入网（UE 加入 Open5GS 5GC）

4G LTE 入网（UE 加入 Open5GS EPC）

阶段 B：发现 P-CSCF

UE 建立 IMS APN/PDU 后，需要知道 P-CSCF 地址，常见来源：

• PCO 下发（核心网在会话建立阶段提供）
• DNS SRV/A 查询（例如 ims.mncXXX.mccXXX.3gppnetwork.org）

IMS 身份体系：从 SIM 卡到电话号码

在进入注册流程之前，先理解 IMS 中的身份转换关系。这是很多人读 IMS 信令时的困惑点——SIM 卡里的 IMSI、手机号、SIP 注册用的 URI，这些东西之间是什么关系？

四个身份

身份	全称	示例	存储在哪
IMSI	International Mobile Subscriber Identity	460440000000001	SIM 卡 (USIM)
MSISDN	Mobile Subscriber ISDN Number（即手机号）	+8613800001234	HSS 订阅数据
IMPI	IMS Private Identity（鉴权用）	460440000000001@ims.mnc044.mcc460.3gppnetwork.org	SIM 卡 (ISIM) 或从 IMSI 推导
IMPU	IMS Public User Identity（对外可见的 SIP 地址）	sip:+8613800001234@ims.mnc044.mcc460.3gppnetwork.org	SIM 卡 (ISIM) 或 HSS 配置

转换关系

• IMSI → IMPI：如果 SIM 卡没有 ISIM 应用（很多实验卡如 sysmoISIM 有 ISIM），UE 会从 IMSI 推导 IMPI，格式通常是 <IMSI>@ims.mnc<MNC>.mcc<MCC>.3gppnetwork.org
• MSISDN → IMPU：IMPU 通常是手机号构成的 SIP URI，如 sip:+8613800001234@ims.mnc044.mcc460.3gppnetwork.org
• IMPI ↔ IMPU 关联：在 HSS 中配置，一个 IMPI 可以关联多个 IMPU（如一个号码 + 一个 tel: URI）

两种注册场景：SIM 卡有无 MSISDN

UE 注册时 From/To 中放的 IMPU 取决于 SIM 卡上有什么信息。这产生了两种常见场景：

场景 A：SIM 卡上有 ISIM 或 MSISDN

UE 直接用 MSISDN 构造 IMPU 发起注册：

REGISTER sip:ims.mnc044.mcc460.3gppnetwork.org SIP/2.0
From: <sip:+8613800001234@ims.mnc044.mcc460...>    ← IMPU（从 MSISDN 构造）
To: <sip:+8613800001234@ims.mnc044.mcc460...>      ← IMPU
Authorization: Digest username="460440000000001@ims.mnc044.mcc460..."  ← IMPI

场景 B：SIM 卡上无 MSISDN（实验中常见）

很多实验用 SIM 卡（如 sysmoISIM）没有写入 MSISDN，或者 ISIM 参数不完整。这时 UE 会用 IMSI 推导出的身份注册：

REGISTER sip:ims.mnc044.mcc460.3gppnetwork.org SIP/2.0
From: <sip:460440000000001@ims.mnc044.mcc460...>   ← IMPU（从 IMSI 推导）
To: <sip:460440000000001@ims.mnc044.mcc460...>     ← IMPU
Authorization: Digest username="460440000000001@ims.mnc044.mcc460..."  ← IMPI

注意这里 From/To 中的 IMPU 不是手机号，而是 IMSI。这完全合法——UE 用它能有的身份注册，HSS 只要能通过 IMPI 找到对应的订阅数据就行。

P-Associated-URI：HSS 告诉 UE "你的号码是什么"

那么问题来了：如果 UE 用 IMSI 注册的，它怎么知道自己的电话号码？

答案是 P-Associated-URI 头。注册成功的 200 OK 中，S-CSCF 会返回该用户在 HSS 中关联的所有 IMPU：

SIP/2.0 200 OK
P-Associated-URI: <sip:+8613800001234@ims.mnc044.mcc460.3gppnetwork.org>
P-Associated-URI: <tel:+8613800001234>
P-Associated-URI: <sip:460440000000001@ims.mnc044.mcc460.3gppnetwork.org>

这里你会看到三个 URI：

• sip:+8613800001234@... — 基于 MSISDN 的 IMPU（这就是"电话号码"对应的 SIP 身份）
• tel:+8613800001234 — 同一号码的 tel: URI 形式
• sip:460440000000001@... — 基于 IMSI 的 IMPU（UE 注册时用的那个）

P-Associated-URI 就是 UE 获取自己电话号码的权威来源。 UE 收到后：

1. 从中选取一个 IMPU 作为后续请求的"首选公开身份"（通常选 MSISDN 格式的）
2. 后续发 INVITE 时，From 头使用这个 MSISDN 格式的 IMPU，而不是 IMSI
3. 手机的拨号界面也据此显示"本机号码"

在通话路由中的使用

通话时，身份的使用方式不同：

场景	使用的身份	在 SIP 中的位置	用途
主叫发起 INVITE	主叫的 IMPU（MSISDN 格式）	From 头	标识主叫方（来自 P-Associated-URI）
被叫号码	被叫的 MSISDN/IMPU	R-URI + To 头	S-CSCF 用 IMPU 在 usrloc 中查找被叫的注册 Contact
S-CSCF 路由查找	被叫的 IMPU	lookup("location") 的键	找到被叫 UE 注册时留下的 Contact（含 P-CSCF 地址）
跨域呼叫（WebRTC → IMS）	被叫号码	R-URI 改写为 sip:<号码>@<ims-domain>	Gateway 将号码转为 IMS 域的 IMPU 格式

S-CSCF 的 IMPU 匹配

S-CSCF 的 lookup("location") 需要用 IMPU 查找注册记录。如果 UE 用 IMSI 格式的 IMPU 注册，而来电的 R-URI 是 MSISDN 格式的 IMPU，S-CSCF 需要能关联这两者。这依赖 HSS 的 SAA 返回的 IMPU 列表——S-CSCF 在保存注册时会将所有关联的 IMPU 都绑定到同一个 Contact，这样无论来电用哪个 IMPU 作为 R-URI 都能找到。

在实验中的配置

在 Open5GS 的 subscriber 数据中，你需要同时配置 IMSI 和 MSISDN。即使 SIM 卡上没有写入 MSISDN，只要 HSS 中正确配置了 IMSI 与 MSISDN 的关联，注册 200 OK 的 P-Associated-URI 就会带回 MSISDN 格式的 IMPU，UE 即可正常获取电话号码。如果使用 sysmoISIM，可以通过 pySim 工具写入 ISIM 参数（IMPI/IMPU），但即使不写入，靠 HSS 侧配置 + P-Associated-URI 机制同样可以工作。

阶段 C：IMS 注册（REGISTER）

阶段 D：语音呼叫建立（谁在何时说话）

下面示例是主叫发起 INVITE 后的关键控制流程：

4G 与 5G 的关键差异

维度	4G VoLTE	5G VoNR
接入核心	EPC（MME/SGW/PGW）	5GC（AMF/SMF/UPF）
策略控制	PCRF（Rx + Gx）	PCF（N5/Rx + N7）
语音承载	Dedicated Bearer（QCI1）	QoS Flow（5QI1）
IMS 控制	P/I/S-CSCF（相同）	P/I/S-CSCF（相同）

一句话总结

• UE 先“入网拿 IP”，再“注册 IMS”
• CSCF 负责 SIP 控制，Open5GS 负责接入/会话/承载
• 策略网元（PCRF/PCF）把语音会话映射成可保障的 QoS 资源