固網(wǎng)軟交換向IMS的演進

　　摘要：固網(wǎng)軟交換向IP多媒體子系統(tǒng)(IMS)演進應采用合理的方法、步驟和策略。演進可以在繼承原軟交換(SS)公共交換電話網(wǎng)絡業(yè)務仿真子系統(tǒng)(PES)業(yè)務功能的前提下，平滑地向IMS演進，逐步引入、擴展多媒體和移動業(yè)務，實現(xiàn)核心網(wǎng)層面的固定和移動融合(FMC)。下一代網(wǎng)絡(NGN)核心控制層的軟交換和IMS在基本架構(gòu)上沒有實質(zhì)沖突，軟交換主要面向公共交換電話網(wǎng)(PSTN)仿真業(yè)務，而IMS為實現(xiàn)FMC和多媒體業(yè)務，在移動性、安全、服務質(zhì)量(QoS)、開放業(yè)務架構(gòu)等方面作了有益的擴展，軟交換向IMS演進在技術上是完全可行的。對于已經(jīng)采用軟交換的運營商，采用演進的方式實現(xiàn)基于IMS的全業(yè)務的NGN網(wǎng)絡，可以節(jié)約投資，減小網(wǎng)絡改造風險，降低運營成本。

　　關鍵詞：軟交換；IP多媒體子系統(tǒng)；演進

　　Abstract:Theevolutionfromfixed Softswitch to IP Multimedia Subsystem (IMS) requires reasonable methods, steps and strategies. IMS as a smooth evolution can preserve the Softswitch-based PSTN Emulation Subsystem (PES), and realize Fixed and Mobile Convergence (FMC) at the core with the introduction an proliferation of multimedia and mobile services. Therefore, Softswitch as the core control layer of Next Generation Network (NGN) is not contradictory with IMS as it can be mapped into the IMS architecture. While Softswitch can provide PSTN emulation services, IMS mainly designed for FMC and multimedia services is capable of supporting mobility, security, QoS and open services architecture. The evolution from Softswitch to IMS is technologically feasible. For operators who have already adopted Softswitch technology, they can evolve their networks to IMS-based full-service NGN, to reduce their investments, risks of network modification, and operational costs.

　　Keywords:Softswitch;IPMultimedia Subsystem (IMS); evolution

　　軟交換(SS)概念是20世紀90年代后期在IP電話的基礎上逐步發(fā)展起來的，是在通信網(wǎng)由窄帶向?qū)拵н^渡，由電路交換向分組交換演進的過程中逐步完善的。它繼承了電信網(wǎng)集中控制的架構(gòu)和可靠的信令技術，采用分層的機構(gòu)實現(xiàn)了呼叫控制和媒體處理相的分離原則。軟交換概念出現(xiàn)后，中國通信標準化組織(CCSA)及時地引入該術語，積極開展了軟交換相關設備和協(xié)議的標準化工作。在設備廠商的推動和運營商的積極推廣下，經(jīng)過幾年的發(fā)展，軟交換在國內(nèi)電信、移動、網(wǎng)通等運營商的網(wǎng)絡上實現(xiàn)了大規(guī)模的商用。運營商采用軟交換技術實現(xiàn)了公共交換電話網(wǎng)(PSTN)向下一代網(wǎng)絡(NGN)的演進，通過引入彩鈴、“一號通”等新業(yè)務實現(xiàn)了業(yè)務收入的持續(xù)增長，并降低了總體運營成本。

　　IP多媒體子系統(tǒng)(IMS)最早是由第3代移動通信合作計劃(3GPP)R5版本在核心網(wǎng)引入的，3GPP R6版本對IMS進行了進一步的完善和擴充。IMS的重要特點是對控制層功能做了進一步分解，實現(xiàn)了會話控制實體(CSCF)和承載控制實體(MGCF)在功能上的完全分離，使網(wǎng)絡架構(gòu)更為開放、靈活；IMS的另一重要特點是全部采用會話啟動協(xié)議(SIP)作為呼叫控制協(xié)議。IMS作為一個由移動標準組織3GPP提出的面向多媒體應用的子系統(tǒng)，一開始就在移動性支持和多媒體應用上有較完善的考慮。在當前實現(xiàn)網(wǎng)絡融合的形式驅(qū)動下，歐洲電信標準組織(ETSI)下屬的NGN研究組織TISPAN在其推出的NGN R1版本中接受IMS作為NGN固定應用的核心技術，并準備重用3GPP R6版本中的IMS相關規(guī)范。國際電信聯(lián)盟電信標準部門(ITU-T)下一代網(wǎng)絡熱點組(FGNGN)也同樣采納了基于IMS的NGN體系架構(gòu)并在其基礎上進一步發(fā)展，已經(jīng)推出了IMS Based PES/PSS等標準，目前正在研究IMS Based IPTV架構(gòu)。

　　IMS架構(gòu)不但被國際主流的ITU-T、3GPP、ETSI等標準組織所采納，成為NGN的核心網(wǎng)技術，也得到了國際上各主流設備商和運營商的支持，各設備商紛紛聲稱將依照IMS體系架構(gòu)開發(fā)NGN系統(tǒng)，運營商也在積極開展IMS的測試和試驗[1-3]。

　　1 IMS和軟交換比較

　　同樣作為NGN核心控制功能實體的軟交換(SS)和IMS，都可以提供具有實時性要求的業(yè)務的呼叫控制和連接控制功能，是下一代網(wǎng)絡呼叫與控制的核心。在系統(tǒng)架構(gòu)上，基于SS和基于IMS的NGN完全類似，都可以分為業(yè)務層、控制層、接入層和承載層4層。IMS與軟交換系統(tǒng)架構(gòu)的比較如圖1所示。



　　從業(yè)務層看，SS和IMS都把呼叫控制和業(yè)務應用相分離，以開放的面向第三方的業(yè)務接口作為自身重要的特性。SS提供業(yè)務的主要方式是應用編程接口(API)與應用服務器配合以提供新的增值業(yè)務；基本呼叫和PSTN類的補充業(yè)務邏輯集成在SS自身實現(xiàn)；為更好地兼容傳統(tǒng)智能網(wǎng)業(yè)務，SS能夠通過智能網(wǎng)應用協(xié)議(INAP)與智能網(wǎng)(IN)中已有的業(yè)務控制點(SCP)配合以提供傳統(tǒng)的智能業(yè)務；為支持固網(wǎng)智能化業(yè)務，SS還可以將移動應用協(xié)議(MAP)接口到智能用戶位置歸屬寄存器(SHLR)，實現(xiàn)用戶業(yè)務數(shù)據(jù)的集中管理。在IMS業(yè)務實現(xiàn)體系架構(gòu)中，定義了用作業(yè)務控制參考點的IMS業(yè)務控制(ISC)接口，用以實現(xiàn)和基于SIP的應用服務器的互通。采用了ISC接口，能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務應用的獨立性和可整合性，可以容易地實現(xiàn)各個業(yè)務應用服務器之間的互聯(lián)互通，進而保證整個網(wǎng)絡及業(yè)務終端在完成業(yè)務時的互聯(lián)互通性。IMS本身不再集成任何業(yè)務邏輯，對于PSTN業(yè)務，由獨立的公共電話交換網(wǎng)絡業(yè)務仿真子系統(tǒng)/公共電話交換網(wǎng)絡業(yè)務模擬子系統(tǒng)(PES/PSS)應用服務器(APP)采用ISC接口完成相關的業(yè)務邏輯。IMS本身也不再管理任何用戶數(shù)據(jù)，采用Diameter接口全部連接到歸屬用戶服務器(HSS)，在TISPAN中稱用戶屬性服務器功能(UPSF)，實現(xiàn)用戶屬性和業(yè)務數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。

　　從控制層看，SS由一個功能實體完成呼叫處理控制功能、接入?yún)f(xié)議適配功能、業(yè)務接口提供功能、互聯(lián)互通功能、用戶數(shù)據(jù)管理，PSTN業(yè)務邏輯系統(tǒng)功能等。而IMS把上述功能進一步細化為更多的獨立功能子實體。如呼叫會話控制功能(CSCF)、媒體網(wǎng)關控制功能(MGCF)、接入網(wǎng)關控制功能(AGCF)、媒體資源控制功能(MRCF)、出口網(wǎng)關控制功能(BGCF)。位于核心的CSCF又細化為代理CSCF(P-CSCF)、服務CSCF(S-CSCF)、查詢CSCF(I-CSCF)。P-CSCF是用戶終端在IP多媒體子系統(tǒng)內(nèi)的第一個接觸點；S-CSCF實際管理網(wǎng)絡會話狀態(tài)；I-CSCF是所有都連接到該網(wǎng)絡運營商的簽約用戶或者連接到當前位于該網(wǎng)絡運營商的業(yè)務區(qū)域內(nèi)的漫游用戶的運營商網(wǎng)絡內(nèi)的接觸點。

　　從接入層看，SS和IMS同樣都支持接入和控制的無關性，主要的接入設備十分類似，甚至可以互相通用。在SS體系中采用H.248接口的中繼/信令網(wǎng)關(TG/SG)和用戶接入網(wǎng)關(AG)可以完全對應到IMS體系中的媒體網(wǎng)關/信令網(wǎng)關(MGW/SGW)和接入網(wǎng)關(AGW)。而媒體服務器和媒體資源處理部分(MRFP)在功能定位上也基本相同。IMS對移動SIP終端的接入目前已經(jīng)有較完善的標準，但是對固定的PSTN用戶接入標準還在進一步完善中。

　　從承載層看，IMS提出了端到端的全IP架構(gòu)，并提出了網(wǎng)絡附著子系統(tǒng)(NASS)和資源和接納控制子系統(tǒng)(RACS)，或稱策略定義功能(PDF)，用以實現(xiàn)端到端的QoS。SS為繼承現(xiàn)有的網(wǎng)絡，同時向全IP的網(wǎng)絡演進，強調(diào)了核心網(wǎng)的IP架構(gòu)，QoS則依賴IP網(wǎng)絡自身的能力保證。

　　2 軟交換向IMS演進策略

　　軟交換在現(xiàn)網(wǎng)已經(jīng)有了大規(guī)模應用，而IMS作為未來固定和移動融合(FMC)的全業(yè)務目標網(wǎng)絡在業(yè)界也已經(jīng)得到明確，軟交換向IMS演進是必然的趨勢。但是受到IMS技術本身的發(fā)展和運營商現(xiàn)有網(wǎng)絡條件限制，應該選擇合適的演進策略。

　　(1)軟交換升級到IMS的子集

　　對于以移動業(yè)務為主的運營商，從移動側(cè)以引入多媒體業(yè)務的方式，構(gòu)建新的IMS網(wǎng)絡；對于現(xiàn)網(wǎng)的軟交換采用升級到IMS域內(nèi)的AGCF、MGCF、SGF、PES/PSS APP的方式，用來實現(xiàn)PSTN業(yè)務和PSTN互通功能。

　　(2)軟交換升級到IMS的全集

　　對于以PSTN業(yè)務為主的固網(wǎng)運營商，處于未來向移動運營和多媒體業(yè)務運營擴展的需要，選取急需擴展移動和多媒體業(yè)務的SS首先升級到IMS全集，在繼承原SS所有業(yè)務的同時，逐步實現(xiàn)移動和多媒體業(yè)務的接入。待移動和多媒體業(yè)務量在全網(wǎng)逐步上升時，同步把所有的SS都升級到IMS全集。

　　3 軟交換向IMS演進的場景和步驟

　　下面以中國某主流固網(wǎng)運營商為例介紹軟交換向IMS演進的各個場景和步驟。

　　3.1 軟交換網(wǎng)絡現(xiàn)狀

　　固網(wǎng)運營商自2001年開始研究測試軟交換設備，目前在其現(xiàn)網(wǎng)的各個層面都廣泛采用了軟交換技術，實現(xiàn)了對原有PSTN網(wǎng)絡的升級和改造(如圖2所示)。軟交換主要應用在以下幾個方面：

　　(1)寬帶業(yè)務平臺和大客戶平臺，用以提供寬帶多媒體業(yè)務和跨區(qū)域的大客戶業(yè)務。

　　(2)固網(wǎng)智能化匯接局，用來完成對本地網(wǎng)的智能化改造。

　　(3)長途匯接和國際關口局。

　　3.2 寬帶業(yè)務平臺或大客戶平臺的軟交換升級到IMS

　　目前寬帶業(yè)務平臺軟交換網(wǎng)絡的用戶數(shù)量一般相對較少，網(wǎng)絡較為獨立，而且用戶基本都是承載在寬帶IP網(wǎng)絡上。由于IMS的多媒體能力擴展以及后續(xù)標準支持遠超軟交換，現(xiàn)階段就可以將寬帶業(yè)務平臺或大客戶軟交換設備升級為IMS，采用IMS網(wǎng)絡為這部分用戶提供豐富多彩的固定寬帶多媒體業(yè)務，后期逐步提供移動多媒體業(yè)務。

　　升級后的IMS網(wǎng)絡和目前的PSTN網(wǎng)絡、固網(wǎng)智能化軟交換網(wǎng)絡為互通的關系。

　　演進步驟：

　　(1)對業(yè)務平臺的軟交換進行升級，使其具有CSCF/MGCF、PSS APP等功能，其中原有軟交換補充業(yè)務模塊升級為PES/PSS APP，實現(xiàn)PSTN補充業(yè)務；原有H.248模塊升級為MGCF，實現(xiàn)和PSTN網(wǎng)互通。通過對原有軟交換進行板件擴展、增加配置實現(xiàn)CSCF(如P/I/S-CSCF)模塊功能，對固定、移動多媒體用戶進行統(tǒng)一的呼叫控制。

　　(2)新增HSS，存放寬帶用戶數(shù)據(jù)，并由S-CSCF將業(yè)務觸發(fā)至PES APP；S-CSCF和HSS之間采用標準的Diameter接口。該新增HSS在建設3G網(wǎng)絡時，可以和3G網(wǎng)絡的位置歸屬寄存器(HLR)合設。

　　(3)對現(xiàn)有的軟交換業(yè)務平臺進行軟件升級，支持IMS業(yè)務能力，在保持原業(yè)務能力的同時，提供新的基于IMS的寬帶多媒體業(yè)務。

　　(4)對于PES業(yè)務，可以選擇在升級后的IMS設備中保留個別SS單板處理，SS單板提供的PES業(yè)務完全不受IMS影響。

　　(5)升級后的IMS具備向移動域提供多媒體業(yè)務的能力，可以在此之上逐步引入3G網(wǎng)絡的視頻共享、無線一鍵通(POC)、基于軟件的數(shù)字個人助理(SoftDA)等業(yè)務，而對于2.5G的通用分組無線業(yè)務(GPRS)也可以考慮引入SoftDA的即時消息(IM)和呈現(xiàn)等業(yè)務。

　　(6)后期考慮引入IMS based IPTV、全球眼等流媒體業(yè)務。

　　3.3 固網(wǎng)智能化匯接局的軟交換升級到IMS

　　固網(wǎng)運營商的PSTN網(wǎng)絡在固網(wǎng)智能化的改造完成后已完全可以滿足窄帶用戶現(xiàn)在的業(yè)務需求，但隨著寬帶用戶的增加，3G移動網(wǎng)絡的開通，多媒體業(yè)務將快速增加，將從單一的固網(wǎng)運營商發(fā)展成以固網(wǎng)為主的全業(yè)務運營商，運營商維護多張網(wǎng)絡必然帶來成本的增加，為了提高企業(yè)的市場競爭力，降低運維成本，運營商有必要將固定、移動、窄帶語音和多媒體業(yè)務統(tǒng)一到一種網(wǎng)絡下，而以現(xiàn)有的SS為骨干升級到IMS網(wǎng)是一條可行的路線。

　　演進步驟：

　　(1)在初期多媒體用戶和多媒體業(yè)務引入階段，可以采用SS升級到IMS方式提供少量的多媒體業(yè)務。具體的升級方式如下：在保留原SS處理板和功能的前提下，通過擴容處理板和處理框的方法引入IMS。采用該方法升級后，窄帶語音業(yè)務的對外網(wǎng)管和計費接口不變，寬帶業(yè)務采用全新的IMS架構(gòu)實現(xiàn)。由于設備內(nèi)SS處理板和IMS處理板完全分離，可以實現(xiàn)互不影響。另外升級后的設備的對外接口，包括局間路由以及異地容災方式不變，對于與該設備相連的其他SS無須做改動。新增的IMS網(wǎng)絡采用IMS方式的異地容災。對于HSS網(wǎng)元，在初期可以通過升級現(xiàn)有的SHLR的方式，讓HSS和SHLR共同存在于一個物理平臺。

　　(2)業(yè)務平臺的繼承和演進。軟交換窄帶業(yè)務邏輯演進成為PES/PSS功能模塊；通過SCP業(yè)務交換功能模塊互通，全面繼承現(xiàn)網(wǎng)智能業(yè)務；原軟交換統(tǒng)一業(yè)務平臺平滑演進，繼承并進一步擴展多媒體應用。

　　(3)隨著3G移動網(wǎng)絡的引入，固定多媒體用戶的增加，多媒體業(yè)務量將快速上升，同時窄帶語音業(yè)務會出現(xiàn)收縮，這時可以把空閑出來的SS處理板升級到IMS的相關網(wǎng)元，從而實現(xiàn)設備的平滑升級和過渡。由于SHLR、PHS HLR、HSS和3G HLR完全可以共存在一個平臺上，同時由于共享一個數(shù)據(jù)庫，通過組合關聯(lián)數(shù)據(jù)，就可以實現(xiàn)“改網(wǎng)不該號”等業(yè)務。

　　(4)在IMS的架構(gòu)下，逐步引入IPTV等流媒體業(yè)務

　　(5)當IMS體系標準以及接口規(guī)范化以及功能模塊進一步標準化后，在網(wǎng)絡中的窄帶語音業(yè)務量比例相比多媒體業(yè)務量進一步變小時，選取適當?shù)臅r機，把所有SS處理板都升級到AGCF或MGCF，通過IMS based PES的方式提供窄帶語音業(yè)務，這樣就實現(xiàn)全網(wǎng)統(tǒng)一，為進一步優(yōu)化運營創(chuàng)造好的網(wǎng)絡基礎。

　　目前，考慮到現(xiàn)有軟交換網(wǎng)絡的平穩(wěn)性、安全性以及IMS的成熟度，固網(wǎng)智能化的軟交換暫時沒有必要馬上演進到IMS，當寬帶用戶開始規(guī)模引入，IMS發(fā)展比較成熟后，就需要考慮此部分軟交換的演進。軟交換需要具備平滑演進升級到IMS的能力。

　　固網(wǎng)運營商目前主要是以固定語音為主的運營商，今后將可能引入移動網(wǎng)絡、多媒體業(yè)務，但在相當長的一段時間內(nèi)將仍然是以固定業(yè)務為主。建設以固定網(wǎng)絡為主干的全業(yè)務網(wǎng)絡是中國電信網(wǎng)絡發(fā)展的優(yōu)選之路。目前來看，以現(xiàn)有的固網(wǎng)智能化網(wǎng)絡為中心發(fā)展多媒體網(wǎng)絡和移動網(wǎng)絡，將是投資省、網(wǎng)絡容優(yōu)化易的較佳方式。

　　3.4 DC1軟交換平臺和國際關口局的軟交換升級到IMS

　　DC1軟交換網(wǎng)絡和國際關口局軟交換目前作為PSTN長途匯接網(wǎng)和國際關口，實現(xiàn)VoIP的中國和國際長途話音業(yè)務轉(zhuǎn)接、傳輸?shù)墓δ埽�在今后的一段時期內(nèi)DC1將繼續(xù)負擔該業(yè)務。但隨著中國各省軟交換匯接局改造的完成，軟交換網(wǎng)絡進一步扁平化，DC1軟交換的業(yè)務量將逐漸減小，那時可以考慮將這部分空余的軟交換處理能力升級為IMS網(wǎng)絡，為軟交換所在大區(qū)內(nèi)的大客戶提供跨區(qū)域的寬帶多媒體業(yè)務。對于面向跨省市大區(qū)的DC1中心軟交換，建議考慮提供游牧業(yè)務和面向跨區(qū)域大客戶的多媒體業(yè)務。

　　升級步驟和升級方法類似于固網(wǎng)智能化的軟交換。

　　4 結(jié)束語

　　從基本的架構(gòu)和目標看，軟交換和IMS是完全一致的，都是建立在扁平的IP網(wǎng)絡上，強調(diào)了控制和承載的分離，以及開放的業(yè)務平臺。從標準化和技術成熟度來看，基于軟交換實現(xiàn)PES業(yè)務更為現(xiàn)實，國際標準和設備都已經(jīng)十分成熟，國內(nèi)外進行了大量的成功商用；而從技術趨勢來看，支持移動性和多媒體業(yè)務的IMS開放與融合程度更高，代表了未來的發(fā)展方向，符合固定與移動融合、寬帶和窄帶融合的趨勢，更有前途[4-6]�？梢哉f基于軟交換的網(wǎng)絡只是NGN發(fā)展的初級階段，而IMS是NGN發(fā)展的高級階段。所以軟交換向IMS目標架構(gòu)演進，對于軟交換設備供應商和應用了軟交換的運營商都有重要的現(xiàn)實意義。

　　5 參考文獻

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　　[3]軟交換平滑演進到IMS[R].深圳：中興通訊股份有限公司.

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　　[6]趙慧玲.NGN和軟交換[J].中興通訊技術, 2005,11(3):30-33.

　　作者簡介：

　　屠嘉順，東南大學電子工程系畢業(yè)。中興通訊股份有限公司網(wǎng)絡事業(yè)部系統(tǒng)一部副部長，ITU-TQ8/SG13(NGN業(yè)務場景和應用模式)課題組報告人，長期參與中國和國際標準制訂工作，完成多項中國通信標準和國際通信標準提案。楊維，浙江大學信息工程專業(yè)畢業(yè)。中興通訊股份有限公司網(wǎng)絡事業(yè)部系統(tǒng)一部項目經(jīng)理，主要研究領域為傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡向NGN的演進、NGN系統(tǒng)下三網(wǎng)融合的網(wǎng)絡架構(gòu)和業(yè)務提供等。高毅，南京大學計算數(shù)學專業(yè)畢業(yè)。中興通訊股份有限公司有線網(wǎng)絡產(chǎn)品標準研究總監(jiān)，CCSA網(wǎng)絡與交換技術委員會信令協(xié)議工作組副組長，長期參與中國和國際通信標準制訂工作。


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