IP多媒體子系統(tǒng)及其在固網(wǎng)移動(dòng)融合中的應(yīng)用

摘要　IMS作為下一代網(wǎng)絡(luò)中的重要技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)和多網(wǎng)融合中將起到舉足輕重的作用，本文介紹了IMS的發(fā)展和主要架構(gòu)，并闡述了其在多網(wǎng)融合中的作用和地位。

IP多媒體子系統(tǒng)（IMS）繼承了電信網(wǎng)集中控制的架構(gòu)和可靠的信令技術(shù)，呼叫控制和媒體處理相分離原則實(shí)現(xiàn)了承載和控制、業(yè)務(wù)的分離，是下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）發(fā)展中的重要一環(huán)。同時(shí)，IMS技術(shù)的這種特性也有力得支撐了固網(wǎng)和移動(dòng)的融合。

1、IMS的發(fā)展

IMS最早由第3代移動(dòng)通信合作計(jì)劃（3GPP）在核心網(wǎng)：R5版本引入，并在R6版本中對(duì)其進(jìn)行了完善和擴(kuò)充。IMS的特點(diǎn)是對(duì)控制層功能做了進(jìn)一步分解，實(shí)現(xiàn)了會(huì)話控制實(shí)體（CSCF）和承載控制實(shí)體（MGCF）在功能上的完全分離，使網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更為開放、靈活；IMS的另一特點(diǎn)是全部采用會(huì)話啟動(dòng)協(xié)議（SP）作為呼叫控制協(xié)議。作為一個(gè)由移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP提出的面向多媒體應(yīng)用的子系統(tǒng)，IMS一開始就在移動(dòng)性支持和多媒體應(yīng)用上有較完善的考慮。在當(dāng)前多網(wǎng)絡(luò)融合的大趨勢(shì)下，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用的核心技術(shù)，并準(zhǔn)備重用3GPP R6版本中的IMS相關(guān)規(guī)范。國(guó)際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)部門（ITU-T）下一代網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)組（FGNGN）也同樣采納了基于IMS的NGN體系架構(gòu)并在其基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展。

目前，IMS架構(gòu)不但被國(guó)際主流的ITU-T、3GPP、ETSI等標(biāo)準(zhǔn)組織所采納，成為NGN的核心網(wǎng)技術(shù)，也得到了國(guó)際上各主流設(shè)備商和運(yùn)營(yíng)商的支持，運(yùn)營(yíng)商也在積極開展IMS的測(cè)試和試驗(yàn)，并逐漸成為固網(wǎng)移動(dòng)融合的主要手段。

2、IMS系統(tǒng)架構(gòu)介紹

圖1　IMS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

圖1是IMS的整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖，其主要的邏輯實(shí)體有：

（1）代理-呼叫會(huì)話控制功能（P-CSCF）

主要完成用戶IMS業(yè)務(wù)的代理功能、信令的安全性功能、承載的授權(quán)功能、計(jì)費(fèi)策略下載功能等；在用戶設(shè)備獲得IMS服務(wù)時(shí)，P-CSCF是第一個(gè)聯(lián)系節(jié)點(diǎn)。P-CSCF的作用就像一個(gè)代理服務(wù)器，它把收到的請(qǐng)求和服務(wù)進(jìn)行處理或轉(zhuǎn)發(fā)。主要完成和用戶接入的相關(guān)功能，如信令壓縮、安全性等。

P-CSCF的引入使得業(yè)務(wù)的接入和控制得到了分離，使得歸屬業(yè)務(wù)控制成為可能。

（2）查詢-呼叫會(huì)話控制功能（I-CSCF）

主要完成歸屬網(wǎng)絡(luò)S-CSCF的分配功能（用戶注冊(cè)時(shí)）、IMS呼入的路由功能。通過在網(wǎng)絡(luò)接口處插入I-CSCF設(shè)備對(duì)進(jìn)出本網(wǎng)絡(luò)的會(huì)話初始協(xié)議（SIP）信令進(jìn)行轉(zhuǎn)接，可隱藏SIP信令中的內(nèi)部路由信息，從而實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商之間隱藏內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)邏輯的需要。

（3）服務(wù)-呼叫會(huì)話控制功能（S-CSCF）

主要完成用戶的認(rèn)證、注冊(cè)、業(yè)務(wù)授權(quán)、業(yè)務(wù)觸發(fā)、業(yè)務(wù)路由、計(jì)費(fèi)等功能。S-CSCF執(zhí)行會(huì)話控制功能，它可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的需要，維持會(huì)話狀態(tài)信息。S-CSCF是為用戶服務(wù)的主要服務(wù)節(jié)點(diǎn)，在用戶注冊(cè)期間進(jìn)行分配。P-CSCF和S-CSCF兩者配合完成IMS的業(yè)務(wù)歸屬控制特性。

（4）出口網(wǎng)關(guān)控制功能（BGCF）

BGCF用來選擇與PSTN接口點(diǎn)相連的網(wǎng)絡(luò)。如果BGCF發(fā)現(xiàn)自己所在的網(wǎng)絡(luò)與接口點(diǎn)相連，那么BGCF就選擇一個(gè)媒體網(wǎng)關(guān)控制功能（MGCF）與PSTN交互。如果接口點(diǎn)在另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，那么BGCF就把會(huì)話信令轉(zhuǎn)發(fā)給另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的BGCF。

（5）媒體網(wǎng)關(guān)控制功能（MGCF）

MGCF是IMS控制面與傳統(tǒng)PSTN/CS網(wǎng)絡(luò)的互通點(diǎn)，控制IMS-MGW以完成媒體面的互通：在IMS側(cè)與I/S-CSCF互通，在PSTN/CS側(cè)完成SIP到BICC/ISUP協(xié)議轉(zhuǎn)換。

（6）HSS

HSS存儲(chǔ)IMS用戶的簽約數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)屬性數(shù)據(jù)、位置信息、鑒權(quán)信息等；也可提供傳統(tǒng)的歸屬位置寄存器（HLR）功能（如電路域簽約數(shù)據(jù)、分組域簽約數(shù)據(jù)）和各種接口。

（7）簽約定位功能（SLF）

根據(jù)SIP統(tǒng)一資源標(biāo)識(shí)符（URI）定位HSS，需要訪問HSS的實(shí)體均需調(diào)用。

（8）業(yè)務(wù)服務(wù)器（AS）

主要完成業(yè)務(wù)邏輯的控制和執(zhí)行。

（9）媒體資源控制功能（MRFC）

MRFC是IMS域內(nèi)部的媒體控制資源功能。MRFC維護(hù)、控制MRFP中的媒體資源；與S-CSCR互通，間接接受AS的控制。

（10）媒體資源功能（MRFP）

MRFP是IMS域內(nèi)部的媒體資源功能，接受MRFC控制，提供聲碼器資源、通知音資源、會(huì)議橋資源等。

（11）資源控制子系統(tǒng)（RACS）

RACS主要完成管理控制、資源預(yù)留、策略控制、網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）穿越和控制等功能。

（12）網(wǎng)絡(luò)附屬子系統(tǒng)（NASS）

NASS主要完成終端IP地址的分配、接入網(wǎng)絡(luò)的配置、接入網(wǎng)絡(luò)的鑒權(quán)和認(rèn)證等功能。

3、固定移動(dòng)融合

固定移動(dòng)融合（FMC）的理念早在20世紀(jì)90年代就被提出，由于當(dāng)時(shí)技術(shù)上的限制、標(biāo)準(zhǔn)化工作的缺乏等原因，并沒有被業(yè)界廣泛接受，相應(yīng)的業(yè)務(wù)也沒有被廣泛地開展。近年來，隨著新技術(shù)、新業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)，使得傳統(tǒng)的單一電信網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)面臨前所未有的挑戰(zhàn)。構(gòu)建一個(gè)統(tǒng)一、融合的通信信息網(wǎng)，是電信業(yè)最終的目標(biāo)，但是，達(dá)到這個(gè)目標(biāo)需要一個(gè)相對(duì)漫長(zhǎng)的過程。在這個(gè)過程中，不同網(wǎng)絡(luò)之間的相互滲透、相互融合將一直伴隨著網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)。

固定移動(dòng)融合包括多個(gè)方面：網(wǎng)絡(luò)融合、業(yè)務(wù)融合、運(yùn)營(yíng)支撐平臺(tái)融合等，它不會(huì)一蹴而就，是一個(gè)長(zhǎng)期發(fā)展的過程。因此，網(wǎng)絡(luò)融合的實(shí)施方案應(yīng)遵循分步驟、分層次進(jìn)行的策略。

目前，針對(duì)大規(guī)模的傳統(tǒng)PSTN網(wǎng)絡(luò)和PHS網(wǎng)絡(luò)，固定運(yùn)營(yíng)商通過固網(wǎng)智能化等手段對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整和改造，使其在業(yè)務(wù)層面上進(jìn)行融合匯聚。并逐步用軟交換替代傳統(tǒng)交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)電信網(wǎng)絡(luò)軟交換智能化，逐步向下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）演進(jìn)。但隨著3G牌照的發(fā)放，固網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商固定移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)融合的進(jìn)程會(huì)被加速。

移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商方面，隨著3G牌照的發(fā)放。移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商需要建設(shè)基于軟交換架構(gòu)的3G網(wǎng)絡(luò)，以2G/3G一張網(wǎng)的形式進(jìn)行運(yùn)營(yíng)。并通過IMS試驗(yàn)局部署，驗(yàn)證IMS架構(gòu)對(duì)多種接入方式以及多種業(yè)務(wù)的支持能力，通過小規(guī)模地面向集團(tuán)客戶提供固定數(shù)據(jù)類業(yè)務(wù)，獲取全業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)。

隨著IMS以及相關(guān)技術(shù)的商用化進(jìn)一步成熟，網(wǎng)絡(luò)融合將進(jìn)入到固定及移動(dòng)核心網(wǎng)絡(luò)融合階段。此階段的主要特征是統(tǒng)一的核心網(wǎng)絡(luò)，與接入方式無(wú)關(guān)。無(wú)論是現(xiàn)有的固網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商還是移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商，最終發(fā)展都將融入到NGN統(tǒng)一的發(fā)展架構(gòu)中。

4、IMS對(duì)固定移動(dòng)融合中的支撐

從電信網(wǎng)絡(luò)的總體發(fā)展趨勢(shì)看，固定通信網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)都朝著分層化的方向發(fā)展，并且結(jié)構(gòu)也越來越清晰，各層內(nèi)部以及各層之間的協(xié)議接口也朝著標(biāo)準(zhǔn)化、開放化方向發(fā)展。

4.1　IMS支持核心控制層融合

目前傳統(tǒng)的基于TDM的電信交換網(wǎng)絡(luò)正在向軟交換控制架構(gòu)演進(jìn)，而考慮到未來的核心控制層需要滿足固定移動(dòng)統(tǒng)一接入、統(tǒng)一控制的需求，IMS由于其與接入無(wú)關(guān)、統(tǒng)一的會(huì)話控制和用戶數(shù)據(jù)、開放和統(tǒng)一的應(yīng)用平臺(tái)等特性，使得IMS逐步成為業(yè)界公認(rèn)的固定移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)融合的基礎(chǔ)。

從標(biāo)準(zhǔn)體系看，IMS是一個(gè)多組織共同認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)體系，不會(huì)產(chǎn)生不同標(biāo)準(zhǔn)組織間協(xié)議不兼容的問題，這是IMS支持固網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)融合的前提和基礎(chǔ)。

從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和協(xié)議看，IMS架構(gòu)中的服務(wù)—呼叫會(huì)話控制功能（S-CSCF）是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的核心；代理—呼叫會(huì)話控制功能（P-CSCF）是終端接入IMS系統(tǒng)的入口；媒體網(wǎng)關(guān)控制功能（MGCF）和IMS-MGW是與電路域和PSTN互通的功能實(shí)體；媒體資源控制部分（MRFC）和媒體資源處理部分（MRFP）是實(shí)現(xiàn)多方會(huì)議的功能實(shí)體；出口網(wǎng)關(guān)控制功能（BGCF）是IMS域與外部網(wǎng)絡(luò)的分界點(diǎn)。這些功能實(shí)體都可以為固網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)共用。并且在IMS架構(gòu)中，各種功能實(shí)體間的接口協(xié)議主要采用SIP協(xié)議。SIP協(xié)議是應(yīng)用層的協(xié)議，與接入網(wǎng)絡(luò)的類型無(wú)關(guān)。

所以，IMS從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和協(xié)議上均支持固網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)的融合。部署基于IMS架構(gòu)的核心控制網(wǎng)絡(luò)將是網(wǎng)絡(luò)融合進(jìn)程中重要的一環(huán)，也是對(duì)運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有的垂直單一網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)的一次變革。

4.2　IMS支持業(yè)務(wù)層面融合

實(shí)現(xiàn)固定和移動(dòng)業(yè)務(wù)的融合是固定移動(dòng)融合的最終目的，固定和移動(dòng)融合業(yè)務(wù)也是未來通信業(yè)務(wù)的亮點(diǎn)，是全業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商實(shí)施差異化競(jìng)爭(zhēng)的重要手段。

業(yè)務(wù)融合是指通過統(tǒng)一的業(yè)務(wù)創(chuàng)建/傳送平臺(tái)，通過獨(dú)立的核心網(wǎng)絡(luò)（呼叫會(huì)話控制）和接入網(wǎng)絡(luò)，為不同接入類型的用戶提供業(yè)務(wù)應(yīng)用�；�于業(yè)務(wù)整合的應(yīng)用包括唯一號(hào)碼、虛擬專用網(wǎng)（VPN。）、語(yǔ)音信箱、統(tǒng)一消息、會(huì)議和流媒體。

實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一業(yè)務(wù)平臺(tái)的關(guān)鍵是具備標(biāo)準(zhǔn)和開放的接口，從而使業(yè)務(wù)可以簡(jiǎn)單和快速地創(chuàng)建和部署。而IMS所具備的開放標(biāo)準(zhǔn)的SIP和Parlay應(yīng)用編程接口（API）能夠?qū)崿F(xiàn)核心網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)提供的分離，這樣將會(huì)出現(xiàn)獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)提供商的業(yè)務(wù)提供商，形成良性的開放式產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈，促進(jìn)業(yè)務(wù)的發(fā)展。

5、采用IMS的固定移動(dòng)融合網(wǎng)絡(luò)對(duì)運(yùn)營(yíng)的影響

5.1　降低了運(yùn)營(yíng)成本

未來基于IMS核心控制架構(gòu)的融合網(wǎng)絡(luò)給運(yùn)營(yíng)商帶來了機(jī)遇同時(shí)，還進(jìn)一步降低了相應(yīng)的運(yùn)營(yíng)成本。固定移動(dòng)融合網(wǎng)絡(luò)部署之前，要提供全面的服務(wù)，就不得不構(gòu)建多個(gè)單業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。帶來了復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)管理和居高不下的建設(shè)/維護(hù)成本（CAPEX/OPEX）。

IMS在軟交換控制與承載分離的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步拓展了業(yè)務(wù)層與控制層的分離。因此IMS除繼承了軟交換承載層統(tǒng)一所帶來的成本優(yōu)勢(shì)之外，更重要是可以降低業(yè)務(wù)的創(chuàng)新成本。同時(shí)，IMS對(duì)用戶數(shù)據(jù)管理、計(jì)費(fèi)等網(wǎng)絡(luò)能力的集中，為降低網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維成本創(chuàng)造了條件。

5.2　業(yè)務(wù)快速部署給運(yùn)營(yíng)商帶來新的機(jī)遇

從本質(zhì)上來說，業(yè)務(wù)是發(fā)展固定移動(dòng)融合的主要驅(qū)動(dòng)力�；�于IMS核心控制的融合網(wǎng)絡(luò)以控制的共性支撐業(yè)務(wù)的差異性，特別是面向固定接入用戶以及無(wú)線接入用戶的業(yè)務(wù)開放，通過核心控制層面的一致性，保證了用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)的統(tǒng)一性。盡管目前有些基于IMS開發(fā)的業(yè)務(wù)還不是很成熟，但I(xiàn)MS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系為人們描繪了一個(gè)未來支持全業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)景，已引起眾多電信運(yùn)營(yíng)商的關(guān)注，電信運(yùn)營(yíng)商希望通過IMS網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)可以提供差異化和多樣化的服務(wù)。

6、結(jié)束語(yǔ)

綜觀全球電信界發(fā)展情況可以看出，IMS將是下一代網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)中重要的組成部分，是網(wǎng)絡(luò)融合的技術(shù)基礎(chǔ)，是運(yùn)營(yíng)商重塑全新運(yùn)營(yíng)模式的推動(dòng)力。面對(duì)IMS和網(wǎng)絡(luò)融合而帶來的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，電信運(yùn)營(yíng)商除了積極應(yīng)對(duì)技術(shù)演進(jìn)趨勢(shì)外，還要不斷求變，找出適合自己的網(wǎng)絡(luò)融合之路。