基于IMS的電信網(wǎng)融合

摘要　由3GPP提出的IP多媒體子系統(tǒng)提供了一個(gè)在全I(xiàn)P移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中支持多媒體通信的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。文章簡要說明了固定網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)向下一代網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的過程，提出了基于IMS融合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，指出了固定網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)融合需要解決的問題。

關(guān)鍵詞　IMS　下一代網(wǎng)絡(luò)　融合

引言

　　現(xiàn)階段，我國各運(yùn)營商面臨著網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的問題，即：PSTN演進(jìn)到固定軟交換網(wǎng)絡(luò)，GSM/CDMA網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)到移動(dòng)軟交換網(wǎng)。

　　軟交換技術(shù)從固定網(wǎng)發(fā)展而來，以SIP(Session Initiation Protocol)和H.248/MGCP為核心的通信控制協(xié)議，通過軟件來實(shí)現(xiàn)原來程控交換機(jī)的功能。IMS(IP Multimedia Subsystem)是在3GPP的R5中首先提出支持多媒體業(yè)務(wù)的子系統(tǒng)，在3GPP的R6中。IMS已經(jīng)被定義為支持所有IP接入網(wǎng)的多媒體業(yè)務(wù)的核心網(wǎng)。雖然IMS最初是為第三代移動(dòng)網(wǎng)而制定的標(biāo)準(zhǔn)，但是IMS的體系架構(gòu)能夠很好地支持固定網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)在各種層次的融合。

　　軟交換和IMS是NGN發(fā)展的不同階段，軟交換網(wǎng)會(huì)逐步向IMS過渡并演進(jìn)為基于IMS的下一代網(wǎng)。

傳統(tǒng)固網(wǎng)向固定軟交換網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)

　　傳統(tǒng)的電信網(wǎng)存在著業(yè)務(wù)單一、更新升級(jí)困難、維護(hù)成本高和不利于第三方業(yè)務(wù)提供商進(jìn)入等缺點(diǎn)。隨著IP技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的人認(rèn)識(shí)到下一代網(wǎng)絡(luò)必定是以IP技術(shù)為基礎(chǔ)，集語音、數(shù)層和視頻等多種業(yè)務(wù)融合的網(wǎng)絡(luò)。軟交換技術(shù)是下一代網(wǎng)絡(luò)融合的核心技術(shù)，基于軟交換的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由上至下可分為業(yè)務(wù)/應(yīng)用層、控制層、傳輸層和媒體/接入層。這種分層結(jié)構(gòu)使得業(yè)務(wù)與呼叫控制分離，呼叫與承載分離，各實(shí)體之間可以通過標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議進(jìn)行連接和通信。

傳統(tǒng)的移動(dòng)網(wǎng)向移動(dòng)軟交換網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)

　　GSM網(wǎng)絡(luò)、2.5代的GPRS網(wǎng)絡(luò)正平滑地向移動(dòng)軟交換網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，最具代表性的移動(dòng)軟交換網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)版本是3GPP的R4。相對(duì)于3GPP的R99，R4最大的變化是一個(gè)基于軟交換技術(shù)的移動(dòng)網(wǎng)，在電路域?qū)�MSC(Mobile-services Switching Centre)網(wǎng)元分為MSC Server和MGW(Media Gateway)這兩個(gè)網(wǎng)元。R4的架構(gòu)如圖1所示。


　　BSS：基站子系統(tǒng)　　RNS：無線網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)　　SGSN：服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)

　　GGSN：網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)　　HSS： 歸屬用戶服務(wù)器　　MSC：移動(dòng)交換中心

　　GMSC：網(wǎng)關(guān)移動(dòng)交換中心　　MGW：媒體網(wǎng)關(guān)　　T-SGW：傳輸信令網(wǎng)關(guān)　　R-SGW：漫游信令網(wǎng)關(guān)
圖1　R4結(jié)構(gòu)圖

　　1.R4接入部分

　　在原有GSM設(shè)備上疊加了3G的設(shè)備，也就是圖1中的BSS和RNS，使得2G和3G的移動(dòng)終端分別通過不同的基站接入到移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中。

　　2.R4核心網(wǎng)部分

　　核心網(wǎng)分為電路域和分組域，分組域主要有SGSN和GGSN兩個(gè)網(wǎng)元，電路域主要有(G)MSC Server、MGW、T-SGW、R-SGW等網(wǎng)元。其作用是：SGSN主要負(fù)責(zé)移動(dòng)性管理；GGSN主要完成與其他分組交換網(wǎng)絡(luò)的連接；(G)MSC Server進(jìn)行呼叫控制和移動(dòng)性管理；MGW對(duì)媒體格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理；T-SGW承擔(dān)移動(dòng)軟交換網(wǎng)與PSTN的信令互通；R-SGW承擔(dān)移動(dòng)軟交換網(wǎng)與傳統(tǒng)移動(dòng)信令網(wǎng)的信令互通。

　　3.軟交換網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)

　　移動(dòng)軟交換網(wǎng)絡(luò)分為應(yīng)用層、控制層、傳輸層和接入層。這種分層結(jié)構(gòu)使得移動(dòng)軟交換網(wǎng)相對(duì)于現(xiàn)在的GSM網(wǎng)絡(luò)具有系統(tǒng)容量大、利于增值業(yè)務(wù)的開展、系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)簡單、采用以IP為主的分組傳輸方式節(jié)省了傳輸鏈路資源、與IMS融合更加容易等特點(diǎn)。GSM網(wǎng)絡(luò)向移動(dòng)軟交換網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)是一種必然的趨勢(shì)。

軟交換網(wǎng)絡(luò)和IMS的融合

　　IMS采用SIP協(xié)議進(jìn)行端到端的呼叫控制，由于SIP屬于應(yīng)用層協(xié)議，與接入方式無關(guān)，這使得IMS對(duì)傳統(tǒng)電信網(wǎng)、固定軟交換網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)軟交換網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合成為可能，同時(shí)IMS在業(yè)務(wù)層面也支持對(duì)語音、視頻、數(shù)據(jù)、即時(shí)消息等業(yè)務(wù)進(jìn)行融合。

　　1.IMS功能實(shí)體

　　IMS的功能實(shí)體有代理呼叫控制功能(P-CSCF)、查詢呼叫控制功能(I-CSCF)、業(yè)務(wù)呼叫控制功能(S-CSCF)、斷點(diǎn)網(wǎng)關(guān)控制功能(BGCF)、媒體網(wǎng)關(guān)控制功能(MGCF)、媒體資源功能控制(MRFC)和媒體資源功能處理(MRFP)等。

　　P-CSCF是呼叫用戶終端接入IMS的第一個(gè)網(wǎng)元，具有地址翻譯功能。P-CSCF將SIP消息發(fā)送到用戶終端歸屬地的I-CSCF。I-CSCF是用戶終端歸屬地的接入點(diǎn)，在用戶登記時(shí)通過I-CSCF查詢HSS，為用戶分配一個(gè)S-CSCF，將其它IP網(wǎng)絡(luò)的SIP請(qǐng)求消息路由給S-CSCF，并具有隱藏本地網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞墓δ�。S-CSCF具有登記功能，從HSS下載并臨時(shí)存儲(chǔ)用戶信息，提供呼叫控制功能，對(duì)上層應(yīng)用提供接口。BGCF選擇與PSTN互通的網(wǎng)絡(luò)，并選擇MGCF。MGCF通過SIP協(xié)議與S-CSCF互通，通過H.248協(xié)議對(duì)媒體網(wǎng)關(guān)進(jìn)行控制，通過SIGTRAN協(xié)議與信令網(wǎng)關(guān)連接，MGCF進(jìn)行SIP消息和ISUP(ISDN用戶部分)信令的轉(zhuǎn)換，完成IP網(wǎng)絡(luò)和PSTN的信令互通。MRFC的功能是媒體資源控制，通過H.248協(xié)議對(duì)MRFP進(jìn)行控制。MRFP對(duì)媒體進(jìn)行處理，例如編解碼、混音等。

　　2.IMS與PSTN的互通

　　T-SGW將PSTN的NO.7信令消息轉(zhuǎn)變?yōu)镮P承載的M3UA消息，將MGCF發(fā)來的M3UA消息轉(zhuǎn)換為MTP3消息，T-SGW僅僅是對(duì)底層承載方式進(jìn)行適配，這樣便完成了信令的互通。

　　由于媒體流的格式不一樣，因此需要MGW進(jìn)行媒體格式的轉(zhuǎn)換。例如把PSTN側(cè)的基于ATM傳送的PCM編碼轉(zhuǎn)換為基于IP的RTP流。

　　3.IMS與固定軟交換網(wǎng)絡(luò)的互通

　　由于IMS網(wǎng)絡(luò)和固定軟交換網(wǎng)絡(luò)都是基于軟交換技術(shù)，基于IP承載并用SIP協(xié)議作為呼叫控制協(xié)議的，而且它們具有類似的開放業(yè)務(wù)接口，即由ITU提出的基于Parlay的標(biāo)準(zhǔn)接口和3GPP提出的基于OSA的標(biāo)準(zhǔn)接口，因此它們的互通從架構(gòu)和協(xié)議上看比較容易。但由于IMS和固定軟交換網(wǎng)分別從移動(dòng)網(wǎng)和固網(wǎng)角度提出，仍有很多互通的問題需要解決。

　　4.基于IMS的網(wǎng)絡(luò)融合

　　基于IMS的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)是下一代網(wǎng)發(fā)展的方向，其網(wǎng)絡(luò)融合架構(gòu)如圖2所示。網(wǎng)絡(luò)共分為四層，IMS處于會(huì)話控制層，通過分組域來傳輸信令和媒體流，IMS獨(dú)立于電路域。在IMS域中，各網(wǎng)絡(luò)單元之間的接口都有標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，MGCF和MGW、MRFC和MRFP之間的接口協(xié)議是H.248協(xié)議，MGCF和T-SGW之間的接口協(xié)議是SIGTRAN協(xié)議，其余網(wǎng)元之間的接口協(xié)議是SIP協(xié)議。


圖2　基于IMS的網(wǎng)絡(luò)融合架構(gòu)

　　從網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu)來看。融合指四個(gè)層次的融合。

　　(1)接入層的融合

　　在接入層，支持所有固定終端和移動(dòng)終端的接入。

　　移動(dòng)終端接入：移動(dòng)終端可以通過2G/3G基站、WiMAX接入網(wǎng)或WiFi接入網(wǎng)等接入到IMS網(wǎng)絡(luò)中。

　　固定終端接入：SIP終端可以直接接入到IP網(wǎng)絡(luò)中；模擬終端、ISDN和ADSL等可通過接入網(wǎng)關(guān)接入，并被適配至IP網(wǎng)絡(luò)；H.323終端通過終端適配接口完成H.323協(xié)議和SIP協(xié)議的轉(zhuǎn)換。并被接入到IMS網(wǎng)絡(luò)中。

　　(2)傳輸層的融合

　　在基于分組的承載網(wǎng)絡(luò)上，通過ATM，IP，MPLS等技術(shù)，運(yùn)用InterServ/DiffServ機(jī)制，使QoS得到保證、資源得到充分利用。

　　(3)會(huì)話控制層的融合

　　統(tǒng)一的會(huì)話控制是網(wǎng)絡(luò)融合的核心，這個(gè)層次的融合是最復(fù)雜的。會(huì)話控制層的融合包括IMS、固定軟交換網(wǎng)、PSTN、移動(dòng)軟交換網(wǎng)和傳統(tǒng)移動(dòng)信令網(wǎng)等的融合。IMS與PSTN通過T-SGW實(shí)現(xiàn)信令互通，通過MGW實(shí)現(xiàn)媒體流的互通。IMS與傳統(tǒng)移動(dòng)信令網(wǎng)通過R-SGW實(shí)現(xiàn)信令互通。

　　(4)應(yīng)用層的融合

　　應(yīng)用層包括SIP應(yīng)用服務(wù)器、Parlay/OSA和智能網(wǎng)。Parlay/OSA提供的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用編程接口(API)，提供了一個(gè)開放的業(yè)務(wù)平臺(tái)，有利于第三方的業(yè)務(wù)提供。具體的業(yè)務(wù)，如語音、視頻、即時(shí)消息、數(shù)字集群等都可以融合在統(tǒng)一的平臺(tái)上。

基于IMS融合需要研究的問題

　　1.IMS與固定軟交換網(wǎng)絡(luò)的互通

　　●移動(dòng)網(wǎng)和固網(wǎng)對(duì)用戶終端的鑒權(quán)機(jī)制不同。IMS需要擴(kuò)展以適應(yīng)固定軟交換網(wǎng)的鑒權(quán)。

　　●由于接入方式中對(duì)于位置管理的差別，使相應(yīng)的信令接口和計(jì)費(fèi)接口中的相關(guān)信息需要更改。

　　●兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的用戶數(shù)據(jù)庫應(yīng)融合成一個(gè)公共的用戶數(shù)據(jù)庫，這樣有利于對(duì)用戶的鑒權(quán)、認(rèn)證和計(jì)費(fèi)。

　　●現(xiàn)有的IMS只支持移動(dòng)智能網(wǎng)業(yè)務(wù)。需要擴(kuò)展IP多媒體子系統(tǒng)交換功能(IM-SSF)以支持固定智能網(wǎng)業(yè)務(wù)。

　　●由于固定軟交換網(wǎng)絡(luò)不支持移動(dòng)性，需要考慮IMS和固網(wǎng)融合時(shí)移動(dòng)性方面的問題。

　　●因?yàn)樵谝苿?dòng)網(wǎng)絡(luò)中空中接口資源有限，為了節(jié)省空中資源需要在P-CSCF中進(jìn)行SIP壓縮；而對(duì)于固網(wǎng)的接入。帶寬資源豐富，不需要進(jìn)行SIP壓縮。所以固定終端無需支持相應(yīng)的壓縮算法，從而降低了對(duì)終端的要求。

　　2.應(yīng)用層會(huì)話控制

　　IMS架構(gòu)必須擴(kuò)展，以適應(yīng)多域核心網(wǎng)支持端到端多媒體會(huì)話的控制和管理。

　　3.端到端QoS控制

　　在QoS控制方面，3GPP已經(jīng)定義了信令層面的QoS控制，但端到端的QoS控制涉及到應(yīng)用層和承載層的QoS控制。只有承載層的帶寬資源滿足上層的應(yīng)用需求，才能最終使應(yīng)用層的QoS得到保證。帶寬管理器可能會(huì)被引入，用于對(duì)資源狀態(tài)的監(jiān)視和資源的調(diào)度。

　　4.業(yè)務(wù)和應(yīng)用管理

　　ITU-T還沒有提供3GPP定義的各種業(yè)務(wù)，對(duì)一些具體的應(yīng)用，3GPP也還沒有制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)語

　　由3GPP提出的IMS在固網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)的融合方面還有很多問題有待解決，但這些問題只會(huì)促進(jìn)IMS的完善。軟交換和IMS是傳統(tǒng)電信網(wǎng)向NGN演進(jìn)的不同階段，PSTN、GSM、軟交換網(wǎng)和IMS等將以互通方式長期共存，軟交換網(wǎng)會(huì)逐步向IMS過渡。IMS將可能最終替代軟交換網(wǎng)，成為NGN統(tǒng)一的融合平臺(tái)。